Microrobots pour l'étude des cellules
Possibilités de traitement du cancer et de cicatrisation des plaies
Un groupe de chercheurs de l'université technique de Munich (TUM) a mis au point le premier microrobot ("microbot") au monde capable de naviguer dans des groupes de cellules et de stimuler des cellules individuelles. Berna Özkale Edelmann, professeur de nano- et microrobotique, y voit un potentiel pour de nouveaux traitements des maladies humaines.
Elles sont rondes, moitié moins épaisses qu'un cheveu humain, contiennent des nanorodes d'or et un colorant fluorescent, et sont entourées d'un biomatériau obtenu à partir d'algues. Ils peuvent être pilotés par une lumière laser pour se déplacer entre les cellules. Ces minuscules robots ont été inventés par le professeur Berna Özkale Edelmann. Plus précisément, la bioingénieur et directrice du Microrobotic Bioengineering Lab a travaillé avec son équipe de chercheurs au développement d'une plateforme technologique pour la production à grande échelle de ces véhicules. Ils sont actuellement utilisés in vitro, en dehors du corps humain.
Minirobots : un taxi pour la cellule
Les microbots de TACSI diffèrent des robots humanoïdes classiques ou des bras robotisés que l'on voit dans les usines. L'ensemble du système nécessite un microscope pour agrandir les mondes à petite échelle, un ordinateur et un laser pour piloter les microbots de 30 micromètres (µm) contrôlés par l'homme. Autre particularité : les robots ne peuvent pas seulement être chauffés. Ils indiquent également en permanence leur température. Ceci est important car, en plus de leur capacité à trouver le chemin des cellules individuelles, ils sont également conçus pour chauffer l'emplacement des cellules individuelles ou des groupes de cellules.
TACSI signifie Thermally Activated Cell-Signal Imaging (imagerie des signaux cellulaires activés thermiquement). En termes simples, il s'agit d'un système d'imagerie capable de chauffer les cellules afin de les activer. TACSI est un "taxi" dans tous les sens du terme : à l'avenir, le petit robot se rendra directement à l'endroit où les chercheurs souhaitent étudier les processus cellulaires. "En première mondiale, nous avons mis au point un système qui permet non seulement aux microbots de naviguer dans des groupes de cellules, mais aussi de stimuler des cellules individuelles par la température. Il peut même stimuler des cellules individuelles par des changements de température", explique le professeur Özkale Edelmann.
Comment les microbots sont-ils fabriqués ?
La production de microbots est basée sur des "puces microfluidiques" qui modélisent le processus de fabrication. Le biomatériau est injecté par un canal situé sur le côté gauche de la puce. Une huile contenant des composants spécifiques est ensuite ajoutée par le haut et le bas à travers des canaux de 15 à 60 µm. Les robots finis apparaissent à droite. Dans le cas du microrobot TACSI, les composants suivants sont ajoutés :
- Un colorant fluorescent : dans ce cas, on utilise le colorant orange rhodamine B qui perd de l'intensité avec l'augmentation de la température. Le microbot devient ainsi un thermomètre efficace pour l'observateur.
- Des nanorods d'or : les tiges de métal précieux de 25 à 90 nanomètres (nm) ont la propriété de s'échauffer rapidement (et de se refroidir à nouveau) lorsqu'elles sont bombardées par une lumière laser. Il suffit de quelques microsecondes pour augmenter la température du robot de 5°C. Les nanorods peuvent être chauffés jusqu'à 60°C. Grâce au processus d'équilibrage automatique de la température des nanorods (appelé convection), les robots sont mis en mouvement à une vitesse maximale de 65 µm par seconde.
"Cela permet de fabriquer jusqu'à 10 000 microbots en une seule fois", explique Philipp Harder, membre de l'équipe de recherche.
Les cellules réagissent aux changements de température
De petites variations de température suffisent parfois à influencer les processus cellulaires. "Lorsque la peau est blessée, par exemple par une coupure, la température du corps augmente légèrement, ce qui active le système immunitaire", explique le professeur Özkale Edelmann. Elle souhaite en savoir plus sur la possibilité d'utiliser cette "stimulation thermique" pour guérir les blessures. On manque également de recherches pour savoir si les cellules cancéreuses deviennent plus agressives lorsqu'elles sont stimulées. Les études actuelles montrent que les cellules cancéreuses meurent à des températures élevées (60°C). Cet effet peut également être utilisé pour traiter l'arythmie cardiaque et la dépression.
Importation de calcium : ouverture des canaux ioniques dans les cellules
Les chercheurs de l'équipe du professeur Özkale Edelmann ont utilisé des cellules rénales pour démontrer que les canaux ioniques cellulaires peuvent être influencés. Pour ce faire, ils ont dirigé les microbots TACSI vers les cellules. "Nous avons utilisé le laser infrarouge pour augmenter la température. Pour mesurer cette augmentation, nous avons mesuré l'intensité de la couleur du colorant rhodamine B", explique Philipp Harder. L'équipe a observé que les canaux ioniques des cellules s'ouvraient à certaines températures, par exemple pour permettre au calcium de pénétrer dans la cellule. "En utilisant cet exemple concret, nous avons montré que la chaleur provoque des changements dans la cellule, même avec de légères augmentations de température", déclare le professeur Özkale Edelmann. Elle espère que la poursuite des recherches ouvrira la voie à de nouveaux traitements, par exemple en permettant de canaliser des médicaments dans des cellules individuelles.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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