En octobre 2006, le premier robot capable de visiter un corps humain était né ! En effet, à ce moment là, un technicien de l’hôpital de Montreal glissait le corps d’un cochon anesthésié dans le tube d’un IRM (Imagerie par résonance magnétique). Un cathéter, sonde creuse introduite dans l’un des vaisseaux sanguins situés sous sa tête, servait à lui injecter une perle d’acier légèrement plus large qu’une balle de stylo à bille.

Dans une salle proche, un groupe d’ingénieurs et d’étudiants retenaient leurs respirations… Ils étaient en train de tester une solution destinée à manipuler les forces magnétiques capables de guider la bille dans le corps du cochon. Sur l’écran d’un ordinateur où l’image de l’IRM s’affichait, la bille apparaissait comme un petit carré blanc au milieu du corps du cochon. Une fois le logiciel lancé sur les ordinateurs du laboratoire, la bille a commencé à bouger en respectant le chemin prévu !

L’une des thérapies de cancer est la diffusion de médicaments directement sur les tumeurs, tuant ainsi les cellules endommagées sans détruire les saines.
Une solution prometteuse serait de déployer des armées de micro-robots-bactéries hybrides dans le corps. Tels des sous-marins, ces robots pourraient profiter des vaisseaux sanguins pour voyager dans le corps, transportant leurs dose de médicament à distribuer.

C’était la première fois que quelqu’un réussissait à contrôler un tel objet dans le corps d’un être vivant, et les scientifiques du monde entier ne se sont pas arrêtés à cet exploit puisqu’ils ont poursuivi leurs recherches sur le sujet. Il fallait continuer d’améliorer cette nouvelle technologie ! Première étape : Le traitement des cancers.

Les médicaments délivrés contre le cancer aujourd’hui circulent à travers le corps, détruisant les cellules saines sur leur passage et affaiblissant le corps déjà attaqué par cette « maladie ». Même les médicaments équipés d’anticorps ne trouvent pas toujours leurs marques.

C’est un travail énorme que de développer les robots dont nous parlons aujourd’hui, puisque le guidage n’est pas encore optimal et ressemble encore à la conduite d’une voiture les yeux fermés. Mais malgré la difficulté, une équipe de l’École Polytechnique de Montréal a fait d’énormes progrès sur le sujet. Ils ont conçu un médicament ferreux qu’ils peuvent piloter de la même façon que les billes d’acier dans le corps du cochon. C’est une solution susceptible de fonctionner qui permet d’oublier la complexité de l’alimentation électrique d’un robot de cette taille.

Cette aventure rappelle celle du film de science fiction Le Voyage Fantastique (1966) dans lequel un homme était rétréci avec son sous-marin pour se balader dans un corps humain. Le prix Nobel de physique Richard Feynman a expliqué tenter de réaliser une histoire de ce type (sans la miniaturisation de l’humain dans le robot). Dans l’un de ses discours de 1959, il décrit l’idée folle de détruire les maladies en les capturant dans le corps atteint. Il engage l’idée d’un robot construit atome par atome pour y arriver, mais il n’arrivera jamais à la concrétiser. 40 années plus tard, son idée est réutilisée et le robot PillCam nait.

PillCam, un robot d’exploration du corps humain ?

Introduite par la compagnie israélienne Given Imaging en 2001, la capsule PillCam fait la taille d’un bon gros TicTac et s’avale avec un verre d’eau. Elle contient une lampe, une caméra, des batteries, une antenne et un émetteur récepteur radio. Elles circule dans le circuit gastro-intestinal pour prendre quelques photographies transmises sans fil. Malheureusement, l’image récupérée est moins belle qu’une endoscopie traditionnelle, mais plus intéressante qu’une image faite avec des rayons X. Cette PillCam ne peut malgré tout pas être utilisée dans les vaisseaux sanguins à cause de sa taille.

La solution de contrôler le robot par magnétisme de l’extérieur du corps est donc la meilleure solution trouvée pour le moment. Cela permet d’envoyer un robot passif dans le corps (donc sans batterie) et de limiter fortement sa taille. La solution idéale semble être là !

Et pourtant… le magnétisme pose plusieurs problèmes pour les petits robots… L’outil de contrôle doit être très proche du corps pour que l’attraction soit assez forte. Et lorsque le robot se met à bouger dans les vaisseaux, le pouls s’accélère, accélérant par la même occasion les déplacements du robot. Il devient difficilement contrôlable.

Le contrôle est une chose, mais dans tous les cas, comment savoir où en est le robot ?

La réponse est la machine d’imagerie par résonance magnétique (IRM). Pour comprendre comment une machine IRM peut être utilisée en navigation robotique, vous devez savoir comment elle marche. L’appareil est un puissant doughnut supraconducteur magnétique qui génère un champ magnétique 60 000 fois plus puissant que celui de la terre.

Machine IRM de Siemens

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d’imagerie médicale permettant d’obtenir des vues 2D ou 3D de l’intérieur du corps de façon non-invasive avec une résolution relativement élevée. L’IRM repose sur le principe de la résonance magnétique nucléaire (RMN) qui utilise les propriétés quantiques des noyaux atomiques pour la spectroscopie en analyse chimique.

Atome avec ses électrons en rotation, ses protons et neutrons tels que la physique quantique le voit. (Therapiesquantiques.fr)

L’IRM nécessite un champ magnétique puissant et stable produit par un aimant supraconducteur qui crée une magnétisation des tissus par alignement des moments magnétiques de spin. (Notions de physique quantique qui signifie grossièrement qu’on oriente les protons dans le même plan).

Mise en évidence de lignes de champ magnétique par des brindilles d’acier et de la limaille. (Wikipédia)

Des champs magnétiques oscillants plus faibles, dits radiofréquence, sont alors appliqués de façon à légèrement modifier cet alignement et produire un phénomène de précession qui donne lieu à un signal électromagnétique mesurable.

Le mouvement de précession est un mouvement conique décrit, autour d’une position moyenne, par l’axe de rotation propre d’un corps animé d’un mouvement gyroscopique. (Larousse & Wikipédia)

La spécificité de l’IRM consiste à localiser précisément dans l’espace l’origine de ce signal RMN en appliquant des champs magnétiques non-uniformes, des « gradients », qui vont induire des fréquences de précession légèrement différentes en fonction de la position des atomes dans ces gradients. Sur ce principe qui a valu à ses inventeurs, Paul Lauterbur et Peter Mansfield le Prix Nobel de physiologie ou médecine en 2003, il est alors possible de reconstruire une image en deux dimensions puis en trois dimensions de la composition chimique et donc de la nature des tissus biologiques explorés. (Wikipédia)

En résumé, l’IRM est capable de communiquer avec les cellules de votre corps pour qu’elles donnent leurs positions, ce qui permet d’obtenir une image en trois dimensions relativement fiable.

Considérons maintenant l’expérience du cochon et revenons dans notre sujet principal. Premièrement, imaginez la bille de métal qui traverse les artères du corps. Seul l’aimant principal de l’IRM est activé et la bille est fortement magnétisée. Mais comme le champ magnétique est uniforme, la bille ne bouge pas. Dans cet état de supermagnétisation, une petite résistance due au gradient va pousser la bille sans augmenter sa magnétisation. Cela prévient la bille d’un éventuel catapultage et permet d’appliquer un certain contrôle de son accélération à travers de très faibles gradients.

Grâce aux algorithmes de l’équipe, il est désormais possible de diriger la bille dans les artères. Et le cochon utilisé comme cobail est là pour en témoigner. En revanche, l’acier n’était pas le métal le plus saint pour l’organisme, ce qui a laissé place au choix de métaux sensibles aux champs électromagnétiques moins oxidables (cobalte).

En 2011, les scientifiques de l’École Polytechnique de Montréal ont testé les capacités de ces transporteurs électromagnétiques pour délivrer des médicaments à l’intérieur de lapins. Ils en ont injecté une petite dose dans l’artère hépatique qui délivre le sang au foie et autre organes proches.

Représentation de l’estomac avec l’artère hépatique.

Comme dans l’expérimentation du cochon, ils avaient prévu un parcours relativement simple en utilisant la machine IRM pour visualiser l’intérieur du lapin. Cette fois ci, l’exprérience a été un succès, mais aucune tumeur n’existait sur le cobaye.

Cependant, notons que la nature n’a pas attendu l’homme pour inventer ce type de petit robot puisque la bactérie MC-1 découverte en 1993 est magnétique. Elle peut être guidée grâce à un champ magnétique à peine supérieur à celui de la terre. Dans le corps humain, cette bactérie a une espérance de vie moyenne de 40 minutes. Malheureusement, le passé a montré qu’il était compliqué de l’utiliser pour traiter les tumeurs à l’exception de celles du cancer du côlon ; l’injection de la bactérie proche du côlon facilitant son efficacité.

Appareil digestif humain avec le côlon.

Vous l’aurez compris, la recherche avance sur les robots anticorps ! Décidément, l’homme totalement bionique (cyborg) risque d’arriver bien plus tôt que ce que l’on pensait !

Voir aussi le robot ADN expliqué en octobre 2011 : Cliquer ici.

Source : IEEE Spectrum

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