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Un robot miniature biodégradable pour l’administration ciblée de médicaments

Publié le 22 septembre 2022 par Patrick RENARD
Source : CityU

Un robot biodégradable à base de nanofibres, appelé "Fibot", a été développé avec succès dans le cadre d'une recherche menée à la City University of Hong Kong (CityU). Entrainé par un champ magnétique externe, Fibot peut se déplacer dans l'estomac et l'intestin et libérer différents médicaments en fonction du pH de son environnement. 

La libération ciblée de médicaments aux emplacements souhaités est difficile dans le tractus gastro-intestinal en raison de l'environnement acide/alcalin de l'estomac et des intestins, ainsi que de la surface rugueuse de la paroi gastrique et du péristaltisme de l'intestin.

Pour surmonter ces obstacles, le Dr Shen Yajing et son équipe ont développé le robot Fibot. Ce dernier se compose d'un réseau de plusieurs dizaines de "pattes", qui ont la forme d'aiguilles, et d'un corps constitué d'une membrane souple à base de nanofibres qui s'apparente à un tissu. Fabriquées avec des matériaux biodégradables, ces deux parties sont assemblées au moyen d'un procédé d'électrofilage assisté par champ magnétique.

Des médicaments encapsulés dans le corps et les pattes

La structure spéciale des nanofibres a permis l'encapsulation du médicament, au niveau d'un noyau protégé par une enveloppe. Les aiguilles intègrent elles aussi des molécules médicamenteuses. « Les matériaux peuvent être ajustés durant la fabrication de façon à ce que le corps et les jambes de Fibot se dégradent à différentes valeurs de pH », souligne le Dr Shen Yajing. « Cela permet de contrôler la libération progressive de différents médicaments ».

C'est au moyen d'un champ magnétique externe que Fibot peut être déplacé à l'intérieur du corps, dans l'environnement hostile du tractus gastro-intestinal, puis ancré à la paroi intestinale à l'emplacement souhaité. Il peut ainsi être maintenu en place sans être repoussé par le péristaltisme. « Avec un contrôle précis du champ magnétique, les pattes de Fibot n'atteignent pas les couches sous-muqueuses et musculaires externes du tractus gastro-intestinal, évitant ainsi le risque potentiel de perforation », explique le Dr Shen Yajing.

Des expériences concluantes

L'équipe a mené diverses expériences in vivo. Elle a obtenu une vitesse de déplacement de 7 cm en 10 secondes du Fibot, poussé par la force magnétique dans l'estomac d'un porc, qui est humide et acide, avec un pH de 5. Une expérience a également été menée dans l'intestin d'un lapin. Après déplacement du Fibot vers la région ciblée, l'équipe a appliqué un champ magnétique plus fort pour l'ancrer à la muqueuse intestinale. Il y est resté pendant quatre heures avant d'être finalement complètement dégradé.

Ces expériences ont démontré les capacités locomotrices de Fibot, et ont mis en évidence que dans un environnement acide comme celui de l'estomac, sa structure est restée stable et n'a engendré aucune fuite des médicaments encapsulés. Elles ont aussi permis de constater que dans un environnement dont le pH est supérieur ou égal à 5,5, le corps du robot reste intact, mais ses pattes se dissolvent lentement, libérant progressivement leur médicament pendant environ 40 minutes. Il reste possible de déplacer le corps sous l'effet de la force magnétique. En revanche, dans un environnement avec un pH supérieur à 6, c'est au tour de ce corps de se dégrader pour libérer un autre type de médicament, à un autre endroit, si besoin.

Les résultats pourraient être utilisés dans de futurs traitements biomédicaux, tels que l'administration programmable de médicaments dans diverses régions de l'intestin pour des applications cliniques.

Les découvertes de l'équipe du Dr Shen Yajing ont ont été publiées dans la revue académique Matter, sous le titre "Nanofiber-based biodegradable millirobot with controllable anchoring and adaptive stepwise release functions".


www.cityu.edu.hk

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