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De minuscules robots biohybrides à l’échelle du micromètre peuvent nager dans le corps et délivrer des médicaments aux tumeurs ou assurer d’autres fonctions de transport de marchandises. Grâce à leurs tendances naturelles de détection de l’environnement, les bactéries peuvent se diriger vers certains produits chimiques ou être contrôlées à distance par des signaux magnétiques ou sonores.

De minuscules robots biohybrides

Pour réussir, ces minuscules robots biologiques doivent être constitués de matériaux qui peuvent passer à travers la réponse immunitaire du corps. Ils doivent également être capables de nager rapidement dans des environnements visqueux et de pénétrer dans les cellules des tissus pour livrer des marchandises. Les chercheurs ont fabriqué des micro-nageurs bactériens biohybrides en combinant un substrat d’E. coli MG1655 génétiquement modifié et des nanoérythrosomes, qui sont de petites structures faites de globules rouges.
Les nanoérythrosomes sont des nanovésicules dérivées des globules rouges. Ils vident les cellules, conservent les membranes et les filtrent à l’échelle nanométrique. Ces minuscules porteurs de globules rouges se fixent à la membrane bactérienne grâce à la puissante liaison biologique non covalente entre la biotine et la streptavidine. Ce processus préserve deux protéines importantes de la membrane des globules rouges : la TER119, qui est nécessaire pour fixer les nanoérythrosomes, et la CD47 pour empêcher l’absorption des macrophages.
L’E. coli MG 1655 sert de bio-actionneur effectuant le travail mécanique de propulsion à travers le corps comme un moteur moléculaire en utilisant la rotation flagellaire. Les capacités de nage de la bactérie ont été évaluées à l’aide d’un algorithme de suivi d’objet 2D personnalisé et de 20 vidéos prises comme données brutes pour documenter leurs performances.

Ces micro-nageurs ont fonctionné à des vitesses 40 % plus rapides 

Les micro-nageurs biohybrides avec des bactéries portant des nanoérythrosomes de globules rouges ont fonctionné à des vitesses 40 % plus rapides que d’autres micro-nageurs biohybrides à base de microparticules d’E. coli, et ces travaux ont démontré une réponse immunitaire réduite en raison de la taille nanométrique des nanoérythrosomes et des ajustements de la densité de couverture des nanoérythrosomes sur la membrane bactérienne.
Ces nageurs biohybrides pourraient délivrer des médicaments plus rapidement, en raison de leur vitesse de nage, et rencontrer une réponse immunitaire moindre, en raison de leur composition biohybrides.
Les chercheurs prévoient de poursuivre leurs travaux afin d’affiner la clairance immunitaire de ces microrobots et d’étudier comment ils pourraient pénétrer les cellules et libérer leur cargaison dans le microenvironnement de la tumeur.

Une étape importante

« Ce travail est une étape importante dans notre objectif de développement et de déploiement de microrobots biohybrides pour la livraison de cargaisons thérapeutiques », a déclaré l’auteur Metin Sitti. « Si vous réduisez la taille des globules rouges à l’échelle nanométrique et fonctionnalisez le corps d’une bactérie, vous pourriez obtenir des propriétés supérieures supplémentaires qui seront cruciales dans la transposition des microrobots médicaux dans les cliniques ».
Cette recherche a été publiée dans APL Bioengineering.
Source : American Institute of Physics
Crédit photo : Pixabay