Des nanorobots fabriqués à partir d’ADN pourraient révolutionner la médecine
Les systèmes robotiques prennent essentiellement la forme de capteurs et d’actionneurs, connectés à une unité de traitement de l’information et coordonnés par celle-ci. Ces pièces fabriquées, principalement en métal et en plastique, sont généralement assemblées mécaniquement. En revanche, le domaine naissant de la robotique à base d’ADN utilise la capacité d’autoassemblage des biomolécules pour construire des systèmes robotiques. «L’ADN est idéal pour la robotique, car il peut être programmé pour s’autoassembler de manière spécifique et hautement prévisible», explique Kurt Vesterager Gothelf, coordinateur du projet DNA-Robotics, soutenu par l’UE. Le projet, qui a été entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, a réussi à construire un grand nombre des fonctions fondamentales d’un robot telles que la détection, l’actionnement, le traitement de l’information et le mouvement. «Nous avons fait progresser de manière significative la recherche vers la réalisation d’un nanorobot ADN fonctionnel», déclare Kurt Vesterager Gothelf de l’université d’Aarhus, hôte du projet.
Les modules s’assemblent
DNA-Robotics a d’abord tenté d’utiliser des modules d’ADN en forme de cube pour construire ses différentes parties robotiques, chacune ayant des fonctions différentes. Un modèle informatique élaboré dans le cadre du projet, appelé «Polycubes», a ensuite été utilisé pour évaluer rapidement la façon dont ces pièces pouvaient être assemblées afin de créer un système robotique. «Ce modèle a démontré qu’en théorie, les modules cubiques pouvaient fonctionner, mais cela s’est avéré difficile dans la pratique au sein du laboratoire. Nous avons donc opté pour un modèle fondé sur des châssis pour construire nos pièces robotiques», ajoute Kurt Vesterager Gothelf. Cette nouvelle technique utilise des structures organiques à l’intérieur de membranes appelées vésicules comme échafaudages autour desquels construire la gamme de modules robotiques mise au point par l’équipe. Il s’agissait notamment d’un câble à l’échelle nanométrique dans un tube, capable de transférer des informations d’un point à un autre, au sein d’une nanostructure. «C’était un exemple de transduction de signaux, qui est essentielle au fonctionnement d’un robot, à l’image du système nerveux d’un être humain qui envoie des signaux aux différentes parties du corps afin que celles-ci sachent comment réagir aux changements environnementaux», fait remarquer Kurt Vesterager Gothelf. Si l’approche fondée sur les châssis a bien fonctionné pour les modules individuels, l’équipe n’a pas réussi à les intégrer dans un système robotique fonctionnel. «Nous avons été surpris de constater à quel point il était difficile de trouver une plateforme commune pour l’intégration. Nous nous sommes d’abord inspirés de robots modulaires à grande échelle, mais plus récemment, nous nous sommes intéressés à la façon dont la nature parvient à l’intégration au moyen de la compartimentation, par exemple dans les structures cellulaires», explique Kurt Vesterager Gothelf. L’équipe a également construit un actionneur linéaire dont le mouvement est limité à un seul axe. Il s’agit de la première étape du développement d’une imprimante moléculaire capable de servir de catalyseur aux réactions chimiques nécessaires à la formation des modules robotiques à base d’ADN. Pour contrôler cette impression moléculaire, la tête de l’imprimante doit d’abord se déplacer le long d’une dimension, puis d’une autre.
Un comportement avancé à l’échelle nanométrique
La capacité de créer un comportement robotique avancé à l’échelle nanométrique a des implications importantes dans de nombreux secteurs, en particulier en médecine pour la conception de médicaments intelligents et personnalisés qui administrent un traitement en réponse à des signaux corporels spécifiques. En effet, l’université technique de Munich, partenaire du projet, a mis au point une structure capable de reconnaître puis d’encapsuler des virus spécifiques pour les désactiver. D’autres partenaires travaillent sur des robots à base d’ADN capables d’induire une cascade de signaux intracellulaires qui déclenchent la mort des cellules cancéreuses. «Pour maintenir l’avantage concurrentiel de l’Europe, il est essentiel que nous formions les futurs chercheurs de ce domaine. Nous sommes fiers de contribuer à cette initiative grâce à 14 chercheurs en début de carrière, hautement qualifiés et prêts à faire avancer ce secteur», conclut Kurt Vesterager Gothelf. L’équipe du projet s’efforce à présent de relever le défi de l’intégration et de garantir la sécurité des structures robotiques dans le corps humain, tout en réduisant les coûts de production.
Mots‑clés
DNA-Robotics, ADN, robot, médicaments intelligents, biomolécule, imprimante moléculaire, échelle nanométrique, vésicule, membrane, signaux, information
