Les chercheurs de l’ETH sont parmi les premiers scientifiques à pouvoir utiliser les ultrasons pour déplacer des microvéhicules contre un flux de liquide de manière ciblée. À l’avenir, les minuscules véhicules seront utilisés dans la circulation sanguine et révolutionneront la médecine.
Des essaims de microsphères sont chassés de droite à gauche par une rivière. Avec des ondes ultrasonores et un champ magnétique rotatif, les essaims peuvent être déplacés dans le sens contraire de l’écoulement.
De minuscules véhicules, si petits qu’ils peuvent naviguer dans nos vaisseaux sanguins, devraient permettre aux médecins à l’avenir de faire des biopsies à l’intérieur du corps, d’insérer des stents ou de transporter précisément des médicaments vers des endroits difficiles d’accès. Des scientifiques du monde entier recherchent et développent actuellement de tels microvéhicules. Ils sont pour la plupart entraînés et dirigés par des champs magnétiques ou acoustiques ou avec de la lumière.
Cependant, jusqu’à présent, déplacer les microvéhicules contre un écoulement de liquide représentait un défi majeur. Ceci est nécessaire, entre autres, pour que les plus petits puissent naviguer dans les vaisseaux sanguins dans le sens contraire du flux sanguin. Des chercheurs de l’ETH Zurich ont maintenant développé des micro-véhicules
Dans leur expérience en laboratoire, les chercheurs, dirigés par Daniel Ahmed et Bradley Nelson, professeurs au Département de génie mécanique et des procédés de l’ETH Zurich, ont utilisé des billes de polymère d’oxyde de fer magnétique d’un diamètre de 3 micromètres.
Dans un champ magnétique, ceux-ci se regroupent pour former un essaim d’un diamètre de 15 à 40 micromètres. Les scientifiques ont examiné le comportement de cet essaim de microsphères dans un mince tube de verre à travers lequel le liquide s’écoulait. Les tubes en verre utilisés avaient un diamètre de 150 à 300 micromètres et étaient donc de taille similaire aux vaisseaux sanguins d’une tumeur.
Pour déplacer l’essaim de globules dans ce tube en amont, les chercheurs de l’ETH ont utilisé la même astuce que les plaisanciers utilisent dans une rivière: cette dernière rangée en amont près de la rive. Là, la vitesse d’écoulement est inférieure à celle du milieu de la rivière en raison de la résistance au frottement de la berge.
Les microsphères agrégées (rouges) peuvent se déplacer dans le sens contraire de l’écoulement sur la paroi d’un vaisseau. (Image: Ahmed et al. Nature Machine Intelligence 2021)
En utilisant des ultrasons à une fréquence spécifique, les scientifiques ont d’abord amené l’essaim de microsphères près de la paroi du tube. Les chercheurs ont ensuite pu déplacer l’essaim dans le sens contraire de l’écoulement à l’aide d’un champ magnétique rotatif.
Ensuite, les chercheurs souhaitent étudier le comportement des microvéhicules dans les vaisseaux sanguins des animaux. «Parce que les ondes ultrasonores et les champs magnétiques pénètrent dans les tissus corporels, notre méthode est bien adaptée pour diriger les microvéhicules à l’intérieur du corps», déclare Ahmed, professeur à l’ETH.
Les futurs domaines d’application prévus incluront la microchirurgie – par exemple, le décolmatage des vaisseaux sanguins obstrués. De plus, les microvéhicules pourraient un jour être utilisés pour administrer des médicaments anticancéreux aux tumeurs via les vaisseaux sanguins et pour les introduire en contrebande dans les tissus tumoraux. Enfin, un autre domaine d’application est l’introduction de médicaments à partir de vaisseaux sanguins dans le tissu cérébral.
