Comme une mini fusée lunaire : des chercheurs développent un nanorobot modulaire

Une équipe de l’Université de Bâle, en Suisse, a développé un nanorobot polyvalent doté de modules de propulsion et de charge utile. Les deux modules réutilisables s’assemblent de manière autonome et pourraient être utilisés en médecine ou dans l’industrie.

Les nanorobots semblent relever de la science-fiction : des machines miniatures pour la médecine, l’environnement ou l’industrie. En réalité, la nanorobotique est devenue un domaine de recherche en pleine expansion. Elle est considérée comme une approche prometteuse, par exemple, pour délivrer des substances actives à des endroits spécifiques du corps. Contrairement à leurs homologues de plus grande taille, ils ne sont pas constitués d’électronique, de puces informatiques et de logiciels, mais de biomolécules et de nanoparticules.

Des chercheurs dirigés par la Prof. Dr. Cornelia Palivan de l’Université de Bâle rapportent aujourd’hui un nanorobot modulaire sophistiqué offrant une plus grande flexibilité fonctionnelle que de nombreux systèmes existants. « Les nanorobots précédents sont souvent conçus pour une seule tâche spécifique », explique Cornelia Palivan. « Notre système modulaire, en revanche, peut être adapté à différentes applications. » Cette technologie pourrait être utilisée non seulement en médecine, mais aussi dans l’industrie et les technologies environnementales.

Module de propulsion et capsule de charge utile

Le nanorobot, que l’équipe décrit dans la revue Advanced Functional Materials, ressemble à une fusée lunaire dotée de plusieurs modules. Un module de propulsion magnétique déplace le nanorobot, tandis qu’un deuxième module sert de capsule de charge utile, transportant en toute sécurité des agents thérapeutiques ou des enzymes vers leur emplacement cible.

Dans des travaux antérieurs, l’équipe de Palivan a développé des vésicules polymères nanométriques qui protègent les enzymes encapsulées. Les molécules peuvent pénétrer dans la vésicule par des pores, être traitées par les enzymes, puis leurs produits sont libérés dans l’environnement. La capsule de charge utile du nanorobot contient quatre de ces vésicules polymères chargées d’enzymes, fournissant la fonctionnalité souhaitée. Selon la conception, les vésicules à l’intérieur de la capsule de charge utile peuvent également être ouvertes de manière sélective, par exemple pour libérer des composés bioactifs.

Un système de Velcro moléculaire à base d’ADN

Les deux modules sont reliés par une « attache Velcro » à base d’ADN : des brins d’ADN complémentaires sur les deux modules assurent que le module de propulsion et la capsule de charge utile s’assemblent de manière programmable et restent stablement couplés.

Pour permettre au nanorobot de s’amarrer à des cellules ou matériaux spécifiques, la capsule de charge utile est également équipée de biomolécules supplémentaires qui facilitent l’amarrage. En laboratoire, l’équipe a testé cela en utilisant une lignée cellulaire cancéreuse humaine appelée cellules HeLa. Ils ont chargé les nanorobots de molécules fluorescentes et ont observé sous microscope qu’ils s’accumulaient à la surface des cellules.

Attaque ciblée sur les cellules cancéreuses et autres applications

Équipés des enzymes nécessaires, les nanorobots ont produit avec succès un médicament anticancéreux qui a réduit la viabilité des cellules HeLa à 16 % en 72 heures. « Le médicament peut avoir un effet local concentré si nous utilisons notre nanorobot pour le cibler spécifiquement sur les cellules cancéreuses », explique le Dr Voichita Mihali, premier auteur de l’étude.

Pour d’autres applications en dehors du domaine médical, par exemple la catalyse, une autre fonctionnalité pourrait s’avérer particulièrement précieuse : étant donné que le module de propulsion est magnétique, les nanorobots peuvent être récupérés et réutilisés après avoir accompli leur tâche. Les chercheurs ont également réussi à séparer les deux modules, à remplir à nouveau les capsules de charge utile et à les recombiner avec les modules de propulsion.

Le nanorobot modulaire représente une étape importante vers un outil multifonctionnel pour une large gamme d’applications. Bien que son utilisation chez l’homme reste un objectif à long terme, le système peut être facilement adapté à d’autres domaines simplement en modifiant la capsule de charge utile.

Les travaux ont été menés dans le cadre du Pôle de recherche national – Ingénierie des systèmes moléculaires et de l’Institut suisse des nanosciences. L’équipe de l’Université de Bâle a collaboré avec des chercheurs de l’Université de Heidelberg.

Article : Multiplex Modular Nanorobotic Systems with Catalytic Activity under Magnetic Navigation – Journal : Advanced Functional Materials – DOI : Lien vers l’étude

Source : Basel U.