Pour la première fois, des millirobots sans fil ont réussi à naviguer dans un vaisseau sanguin étroit, à la fois le long et à contre-courant du flux artériel. Des chercheurs de l'université de Twente et de Radboudumc ont inséré les robots en forme de vis dans une aorte détachée avec des reins, où ils les ont contrôlés à l'aide d'un aimant rotatif commandé par un robot. Health Holland a récemment accordé une subvention pour poursuivre le développement de la technologie afin de pouvoir retirer les caillots sanguins.Chaque année dans le monde, une personne sur quatre meurt de maladies causées par des caillots sanguins. Un caillot sanguin bloque un vaisseau sanguin, empêchant le sang d'apporter de l'oxygène à certaines parties du corps. Les chirurgiens peuvent utiliser des instruments flexibles pour retirer le caillot et permettre au sang de circuler à nouveau, mais certaines régions du corps sont difficiles à atteindre. Les Millirobots peuvent surmonter ces limitations et retirer les caillots sanguins des vaisseaux sanguins difficiles d'accès.
Un triomphe synergique
Les chercheurs ont montré que ces millirobots étaient capables de se déplacer dans les vaisseaux sanguins. Mais pour ce faire, les millirobots ont besoin d'énergie, de se déplacer en amont et en aval et d'être contrôlés et localisés avec précision. Enfin, ils doivent être biocompatibles et ne pas endommager l'intérieur des vaisseaux sanguins. Au centre médical technique de l'université de Twente, les chercheurs ont réalisé leur expérience avec une aorte et des reins réels. "Cela a nécessité une approche interdisciplinaire et la collaboration de nombreux départements. Le laboratoire de robotique, le laboratoire de biointerface, le laboratoire de sang, le DesignLab, le LipoCoat et le MESA+ nous ont tous aidés à obtenir ce résultat positif", explique le chercheur Islam Khalil.
Guidé par la précision
Lors de l'expérience, les chercheurs ont utilisé un champ magnétique rotatif contrôlé par un robot pour commander les millirobots sans fil. À l'aide d'un appareil à rayons X, ils ont pu localiser le millirobot tout en le guidant dans l'aorte. Les chercheurs ont maintenu un débit artériel maximal de 120 ml par minute à l'intérieur de l'aorte. Mais avec un champ magnétique plus puissant, les millirobots devraient être capables de surmonter un flux sanguin plus important. Les millirobots ont effectué des courses droites stables avec et contre le flux, ainsi qu'avec plusieurs robots en même temps.
Des merveilles miniatures
"Les robots eux-mêmes sont des objets imprimés en 3D, en forme de vis, avec un petit aimant permanent à l'intérieur. Ce minuscule aimant d'un millimètre de long et d'un millimètre de diamètre est placé de telle sorte qu'il peut faire tourner la "vis" dans les deux sens. Cela permet de nager à contre-courant, puis de faire demi-tour et de revenir en arrière", explique Khalil. La petite taille permet d'utiliser plusieurs robots en même temps. Et la forme de la vis permet de percer un caillot sanguin.
Libérer le potentiel
"Ces millirobots ont un potentiel énorme en chirurgie vasculaire", explique Michiel Warle, chirurgien vasculaire à Radboudumc. "Actuellement, nous utilisons des anticoagulants et des outils flexibles, mais un millirobot peut se rendre dans des artères difficiles d'accès tout en ne nécessitant que des incisions minimes pour être inséré". Dans le cadre d'une nouvelle collaboration avec Radboudumc et Triticum Medical (Israël), les chercheurs poursuivront le développement des millirobots pour leur permettre d'éliminer les caillots sanguins sans fil. Le consortium étudiera les moyens d'exploiter cette technologie en favorisant la collaboration dans les domaines de la robotique médicale et de la médecine technique.
Outre l'élimination des caillots sanguins pour rétablir le flux sanguin dans les artères, la technologie peut potentiellement être utilisée pour d'autres interventions ciblées. "Les robots peuvent administrer des médicaments à des endroits très précis du corps, là où ils sont le plus nécessaires. De cette manière, les effets secondaires sur le reste du corps sont minimes", explique Khalil.
La puissance de la collaboration
Cette recherche est le fruit d'une collaboration entre Radboudumc et l'université de Twente. Elle a été financée par le programme TURBO (Twente University RadBoudumc Opportunities). Grâce au programme TURBO, les groupes de recherche des deux institutions peuvent transformer une idée innovante en un projet de recherche de grande envergure. Les chercheurs ont étendu leur collaboration avec Triticum Medical (Israël) afin de poursuivre le développement des millirobots. Health Holland leur a récemment accordé une subvention TKI-LSH (Topconsortia for Knowledge & Innovation - Life Science & Health) pour les partenariats public-privé.
Islam Khalil est professeur assistant au département d'ingénierie biomécanique (BE ; Faculté d'ET / Centre TechMed). Ses recherches portent sur la modélisation et la conception de systèmes de contrôle des mouvements pour les microrobots mous, les microrobots d'inspiration biologique, la conception de systèmes mécatroniques et la micro/nanorobotique magnétique non attachée avec des applications à la micro/nanomanipulation, au micro-assemblage et à l'administration ciblée de médicaments.
Source : Université de Twente
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