Façonner l’avenir de la biomédecine avec des essaims de nanorobots intelligents
Les nanorobots peuvent-ils se déplacer collectivement comme des nuées d’oiseaux ou des bancs de poissons? Reproduire la complexité des mouvements et des comportements coopératifs que l’on trouve dans les systèmes naturels n’est pas une mince affaire, mais le projet i-NANOSWARMS a relevé le défi. Il vise à développer des essaims de nanorobots intelligents alimentés par des enzymes, capables de se propulser en utilisant des carburants biocompatibles et biodisponibles, mais aussi de coopérer, de communiquer et d’interagir entre eux et avec leur environnement. Depuis son lancement en 2020, les chercheurs d’i-NANOSWARMS travaillent sur la manière de concevoir de tels systèmes complexes en essaim. Ils ont étudié comment les faire bouger en 3D et comment utiliser les réactions de communication pour les guider vers des endroits spécifiques, comme c’est le cas dans la nature avec le processus appelé «chimiotaxie». «Une fois cette étape franchie, des applications pratiques en biomédecine peuvent être envisagées», déclare Samuel Sánchez, chef de projet et professeur de recherche à l’ICREA, hébergé par l’Institut de bio-ingénierie de Catalogne (IBEC), qui coordonne le projet i-NANOSWARMS.
Principales réalisations
Jusqu’à présent, l’équipe du projet est parvenue à concevoir le mouvement collectif de nanomoteurs qui se déplacent en 3D, imitant la bioconvection. En termes d’applications biomédicales, des essaims de nanorobots sont capables d’interagir avec des milieux complexes tels que le mucus et le liquide synovial – un fluide épais que l’on trouve entre nos articulations – afin d’améliorer le transport de petites molécules. Les chercheurs d’i-NANOSWARMS ont également introduit le concept de «stigmergie» dans leurs travaux. Il s’agit d’un mécanisme par lequel les fourmis et les termites communiquent en émettant des signaux chimiques qui sont reçus par les fourmis et les termites qui les suivent. «Dans ce projet, nous avons utilisé des “troupes” qui travaillent ensemble. La première troupe modifie un milieu complexe de haute viscosité et une deuxième troupe suit ce chemin chimico-physique pour transporter efficacement l’ingrédient actif», explique Samuel Sánchez. Cependant, le travail le plus important réalisé à ce jour dans le cadre d’i-NANOSWARMS est probablement la recherche menée sur le comportement d’essaimage des nanomoteurs alimentés par l’uréase dans le cadre du traitement du cancer de la vessie. Les résultats remarquables obtenus dans ce domaine ont fait de l’équipe du projet un leader dans ce domaine. «Par exemple, nous avons été les premiers à utiliser des techniques d’imagerie médicale pour la surveillance in vivo d’essaims de ces nanorobots», observe le chercheur. «Par la suite, nous avons obtenu une réduction impressionnante des tumeurs de la vessie chez les souris en utilisant la thérapie par radionucléides et l’immunothérapie.» La prochaine étape pour i-NANOSWARMS (Cooperative Intelligence in Swarms of Enzyme-Nanobots) est de passer des nanomoteurs inorganiques utilisés jusqu’à présent à des moteurs organiques dégradables approuvés par l’Agence européenne des médicaments et la Food and Drug Administration aux États-Unis. D’autres recherches seront menées sur la communication des nanorobots, impliquant des réactions en cascade pour les guider, la chimiotaxie et d’autres stratégies de guidage. L’équipe étudiera également différentes techniques d’imagerie in vivo. À ce jour, deux autres projets du Conseil européen de la recherche sont nés des suites d’i-NANOSWARMS: OrthoBots et MucOncoBots. Les deux nouvelles subventions de validation de concept sont également coordonnées par l’IBEC. Si vous souhaitez voir votre projet financé par l’UE publié dans la rubrique «Projet du mois», veuillez nous envoyer un courrier électronique à l’adresse editorial@cordis.europa.eu en nous précisant les raisons!