Un microrobot tout-terrain traverse un côlon vivant –

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  • Un robot rectangulaire aussi petit que quelques poils humains peut voyager à travers un côlon en faisant des retournements arrière, ont démontré les ingénieurs de l’Université Purdue sur des modèles d’animaux vivants.

    Pourquoi les back flips? Car le but est d’utiliser ces robots pour transporter des médicaments chez l’homme, dont les deux points et autres organes ont un terrain accidenté. Les flips latéraux fonctionnent aussi.

    Pourquoi un robot à retournement pour transporter de la drogue? Obtenir un médicament directement sur son site cible pourrait éliminer les effets secondaires, tels que la perte de cheveux ou les saignements d’estomac, que le médicament pourrait autrement causer en interagissant avec d’autres organes en cours de route.

    L’étude, publiée dans la revue Micromachines, est la première démonstration d’un microrobot basculant dans un système biologique in vivo. Puisqu’il est trop petit pour transporter une batterie, le microrobot est alimenté et contrôlé sans fil de l’extérieur par un champ magnétique.

    «Lorsque nous appliquons un champ magnétique externe rotatif à ces robots, ils tournent comme un pneu de voiture le ferait pour parcourir un terrain accidenté», a déclaré David Cappelleri, professeur agrégé de génie mécanique à Purdue. “Le champ magnétique pénètre également en toute sécurité dans différents types de milieux, ce qui est important pour l’utilisation de ces robots dans le corps humain.”

    Les chercheurs ont choisi le côlon pour des expériences in vivo parce qu’il a un point d’entrée facile – et c’est très compliqué.

    “Déplacer un robot autour du côlon, c’est comme utiliser le marcheur de personnes dans un aéroport pour se rendre plus rapidement à un terminal. Non seulement le sol bouge, mais aussi les gens autour de vous”, a déclaré Luis Solorio, professeur adjoint à la Purdue’s Weldon School du génie biomédical.

    “Dans le côlon, vous avez tous ces fluides et matériaux qui suivent le chemin, mais le robot se déplace dans la direction opposée. Ce n’est tout simplement pas un voyage facile.”

    Mais ce microrobot magnétique peut basculer avec succès dans tout le côlon malgré ces conditions difficiles, ont montré les expériences des chercheurs. Une vidéo expliquant le travail est disponible sur YouTube à l’adresse https://youtu.be/9OsYpJFWnN8.

    L’équipe a mené les expériences in vivo sur les deux points de souris vivantes sous anesthésie, en insérant le microrobot dans une solution saline à travers le rectum. Ils ont utilisé un équipement à ultrasons pour observer en temps réel à quel point le microrobot se déplaçait.

    Les microrobots pourraient également tomber dans les deux points excisés des porcs, ont découvert les chercheurs, qui ont des tripes similaires à celles des humains.

    «Le passage aux gros animaux ou aux humains peut nécessiter des dizaines de robots, mais cela signifie également que vous pouvez cibler plusieurs sites avec plusieurs charges utiles de médicaments», a déclaré Craig Goergen, professeur agrégé de génie biomédical Leslie A. Geddes de Purdue, dont le groupe de recherche a dirigé les travaux sur imagerie du microrobot à travers divers types de tissus.

    Le laboratoire de Solorio a testé la capacité du microrobot à transporter et à libérer une charge utile de médicament dans un flacon de solution saline. Les chercheurs ont enduit le microrobot d’un médicament simulé fluorescent, que le microrobot a transporté avec succès dans toute la solution dans un mouvement de culbute avant que la charge utile ne diffuse lentement de son corps une heure plus tard.

    «Nous avons pu obtenir une libération contrôlée et contrôlée de la charge utile du médicament. Cela signifie que nous pourrions potentiellement diriger le microrobot vers un endroit du corps, le laisser là, puis permettre au médicament de sortir lentement. Et parce que le microrobot a un revêtement polymère, le médicament ne tomberait pas avant d’atteindre un emplacement cible », a déclaré Solorio.

    Les microrobots magnétiques, fabriqués à bas prix en polymère et en métal, sont non toxiques et biocompatibles, a montré l’étude. Le groupe de recherche de Cappelleri a conçu et construit chacun de ces robots en utilisant les installations du centre de nanotechnologie de Birck dans le parc de découverte de Purdue.

    Les machines de fabrication roll-to-roll couramment utilisées pourraient potentiellement produire des centaines de ces microrobots à la fois, a déclaré Cappelleri.

    Les chercheurs pensent que les microrobots pourraient servir d’outils de diagnostic en plus des véhicules d’administration de médicaments.

    “D’un point de vue diagnostique, ces microrobots pourraient éviter le besoin de coloscopies mini-invasives en aidant à collecter des tissus. Ou ils pourraient fournir des charges utiles sans avoir à faire le travail de préparation nécessaire pour les coloscopies traditionnelles”, a déclaré Goergen.

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