Comme une fusée lunaire miniature : des chercheurs mettent au point un nanorobot modulaire

Les nanorobots semblent tout droit sortis de la science-fiction : de minuscules machines destinées à la médecine, à l’environnement ou à 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 acheminer des substances actives vers des endroits précis du corps. Contrairement à leurs homologues à plus grande échelle, ces nanorobots ne sont pas constitués de composants électroniques, de puces informatiques et de logiciels, mais plutôt de biomolécules et de nanoparticules.

Des chercheurs dirigés par le professeur Cornelia Palivan, de l’Université de Bâle, présentent 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 composée 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 jusqu’à leur destination.

Dans le cadre de travaux antérieurs, l’équipe de Palivan avait mis au point des vésicules polymères à l’échelle nanométrique qui protègent les enzymes qu’elles renferment. 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, assurant ainsi 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 « fermeture Velcro » à base d’ADN : des brins d’ADN complémentaires présents sur les deux modules garantissent que le module de propulsion et la capsule de charge utile s’assemblent de manière programmable et restent couplés de façon stable.

Pour permettre au nanorobot de s’arrimer à des cellules ou à des matériaux spécifiques, la capsule de charge utile est également équipée de biomolécules supplémentaires qui facilitent l’arrimage. En laboratoire, l’équipe a testé ce système à l’aide d’une lignée cellulaire cancéreuse humaine connue sous le nom de cellules HeLa. Elle a chargé les nanorobots de molécules fluorescentes et a observé au microscope qu’elles s’accumulaient à la surface des cellules.

Attaque ciblée des cellules cancéreuses et autres applications

Équipés des enzymes nécessaires, les nanorobots ont réussi à produire 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 diriger spécifiquement vers les cellules cancéreuses », explique le Dr Voichita Mihali, première autrice de l’étude.

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

Ce nanorobot modulaire représente une avancée importante vers la mise au point d’un outil multifonctionnel destiné à un large éventail 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 en modifiant simplement la capsule de charge utile.

Ces travaux ont été menés dans le cadre du Pôle national de compétence en recherche « 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.