Fantastic voyage, from fiction to reality

Le voyage fantastique

Une nouvelle piste dans le traitement du cancer : des chercheurs de l'École Polytechnique de Montréal utilisent l'IRM pour propulser des nanodispositifs dans la circulation sanguine et en suivre la progression
1 juillet 2007
Dans le film Le voyage fantastique, ce classique des années 1960, on miniaturisait un vaisseau et son équipage de scientifiques pour l’injecter dans la circulation sanguine d’un sujet. Aujourd’hui, grâce aux travaux de Sylvain Martel, directeur du Laboratoire de NanoRobotique de l’École Polytechnique de Montréal, il est désormais possible de réaliser des déplacements dans le courant sanguin d’un animal vivant. « C’est bel et bien ce que nous faisons mais, évidemment, ce ne sont pas des mini-humains que nous propulsons ainsi », précise-t-il en riant. Sylvain Martel crée des robots minuscules, ou nanorobots, capables de naviguer dans les vaisseaux sanguins. Jusqu’à tout récemment, l’étude de la nanorobotique était encore purement théorique, mais Sylvain Martel est parvenu à en illustrer une application possible au moyen de l’imagerie par résonance magnétique (IRM).
 

Sylvain Martel est le premier scientifique au monde à utiliser l’IRM pour démontrer qu’il est possible de propulser et de diriger des nanorobots à l’intérieur d’un être vivant. Avec son équipe, le chercheur a mis au point des outils logiciels qui lui ont permis d’exploiter la force magnétique d’un système IRM pour guider une bille magnétique dans l’artère d’un porc vivant. « Nous utilisons les champs magnétiques des nanoparticules pour suivre le déplacement des billes dans la circulation sanguine. » Le succès de cette expérience ouvre la voie à de nouveaux traitements du cancer, notamment à des techniques thérapeutiques non invasives. « Cette percée pourrait révolutionner la radiologie d’intervention », indique Gilles Soulez, un membre de l’équipe de recherche. La radiologie d’intervention est une branche de la médecine qui consiste à diagnostiquer et à traiter les maladies au moyen de petites aiguilles, de fils-guides et de cathéters. Pour introduire ces instruments, on pratique de petites incisions, puis on les guide par rayons X, ultrasons ou au moyen d’autres méthodes d’imagerie radiologique.

Même si les essais sur la propulsion par IRM ne sont pas terminés, Sylvain Martel et son équipe peuvent dorénavant travailler sur les applications de cette nouvelle technologie. « Nous avons démontré qu’il est possible de transporter des médicaments anticancéreux vers des régions ciblées du corps et ainsi de réduire les effets secondaires des traitements sur l’ensemble de l’organisme », explique-t-il.

Le grand intérêt de la technologie nanorobotique tient également à l’usage largement répandu de l’IRM et à son accessibilité dans tous les hôpitaux. L’IRM n’est pas aussi invasive que les rayons X et elle produit une image tridimensionnelle. Par conséquent, on pourrait adapter les systèmes d’IRM existants de façon à leur permettre d’accomplir les tâches requises par les techniques nanorobotiques sans avoir à dépenser des millions de dollars pour concevoir une plateforme d’imagerie sur mesure. « Il serait possible de stocker notre programme sur un CD qui coûte à peine 35 cents, et de le mettre en application dans chaque hôpital », affirme Sylvain Martel. Le chercheur espère parvenir d’ici cinq ans à réaliser un essai clinique nanorobotique dans des vaisseaux sanguins beaucoup plus petits.

Entre-temps, les chercheurs s’emploient à trouver des matériaux appropriés pour ces nanostructures. « Il existe une variété de particules que nous pouvons utiliser selon les différents types d’applications. Par exemple, si nous devions transporter des nanorobots vers le cerveau, nous n’aurions pas recours au même matériau et à la même conception que pour le foie », précise Sylvain Martel. Pour réaliser cet objectif, il a recruté Jean-Christophe Leroux, un chercheur en technologie pharmaceutique spécialisé dans les polymères biodégradables. « Nous en sommes encore à un stade préliminaire, mais nous savons que nous voulons un polymère dégradable dans l’organisme, indique-t-il. Nous savons que la technologie fonctionne. Il nous reste simplement à la perfectionner. »

Retombées

En réussissant à transporter un corps magnétique par IRM dans le courant sanguin d’un être vivant, Sylvain Martel a ouvert une avenue très prometteuse pour la médecine et la bioingénierie. Comme le corps humain compte près de 100 000 kilomètres de vaisseaux sanguins, la circulation sanguine permet d’atteindre toutes les régions de l’organisme. Cet accès localisé pourrait permettre le développement de nouveaux traitements contre le cancer, par exemple l’hyperthermie ciblée, qui consiste à augmenter la température dans une région précise afin d’y détruire des tumeurs cancéreuses. Il pourrait aussi favoriser la mise au point de nouvelles techniques chirurgicales moins invasives.

Dans le domaine plus spécifique de la bioingénierie, la découverte de Sylvain Martel a permis de mener des travaux fructueux à l’échelle nanométrique. Les chercheurs sont ainsi capables de diriger les dispositifs et d’avoir un accès direct au corps humain à une échelle imperceptible à l’œil nu. Extrêmement complexe et unique, la plateforme informatique requise pour exécuter ces opérations a pu voir le jour grâce à l’environnement hautement interdisciplinaire dans lequel Sylvain Martel et ses collaborateurs poursuivent leurs activités scientifiques.

Les travaux de Sylvain Martel rassemblent en effet des équipes de chercheurs et d’étudiants diplômés issus de divers horizons : médecine, microbiologie, physique, chimie, dynamique des fluides, science des matériaux, nanotechnologie, micromécanique, microélectronique, génie logiciel et informatique. Ce cadre de recherche a aussi une incidence sur le plan de la formation universitaire. Ainsi, six étudiants de maîtrise qui travaillent avec Sylvain Martel comptent désormais faire des études de doctorat dans l’espoir de pousser plus loin leurs propres recherches en nanomédecine.

Partenaires

Pour ses recherches en nanorobotique fondées sur l’IRM, Sylvain Martel a fait appel à 11 coéquipiers — tous des membres du Laboratoire de NanoRobotique de l’École Polytechnique de Montréal. Ces scientifiques ont contribué à la mise au point du logiciel de pistage des objets dans la circulation sanguine. Il leur fallait éliminer la distorsion associée au déplacement de l’objet et accroître la résolution à l’aide de nombreux algorithmes. Le programme informatique prend 24 décisions à la seconde afin de constamment corriger la trajectoire de l’objet. « Aucun être humain n’est capable de prendre des décisions si rapidement et, à cet égard, notre programme informatique est infaillible », soutient Sylvain Martel. Dans la prochaine phase du projet, l’équipe s’emploiera à trouver le matériau approprié pour éliminer tous les risques de toxicité et assurer la biodégradabilité du nanodispositif une fois que celui-ci a accompli sa tâche. Sylvain Martel collabore aussi avec d’autres chercheurs de l’Université McGill, de l’Université de Montréal et du Centre hospitalier de l’Université de Montréal.

Pour en savoir plus

Lisez le rapport intégral des résultats de recherche de Sylvain Martel publié dans Applied Physics Letter, une revue hebdomadaire qui présente les plus récentes découvertes dans le domaine de la physique appliquée.