Send in the bacteria

Les bactéries passent à l'attaque

Des microbes contrôlés par ordinateur pourraient bientôt être sur la ligne de front dans la lutte contre le cancer
28 juillet 2010

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La séquence vidéo relève de la science-fiction : une armée de 5 000 bactéries soulève des briques microscopiques en résine époxy et les assemble une à une pour former une pyramide, comme si elle érigeait une tour avec des blocs de construction. Un ordinateur guide ses mouvements en contrôlant les champs magnétiques.

Or, pour Sylvain Martel et son équipe de chercheurs de l’École Polytechnique de Montréal, premiers scientifiques à « piloter » des bactéries vivantes pour leur faire bâtir une structure, cet exploit n’a rien d’une expérience futuriste. Il permet d’envisager la mise au point d’un outil miraculeux dans la lutte contre le cancer.

 « Notre principal objectif est d’utiliser les bactéries pour transporter les médicaments directement aux tumeurs », indique Sylvain Martel, directeur et fondateur du Laboratoire de NanoRobotique de l’École Polytechnique de Montréal et professeur titulaire au Département de génie informatique et de génie logiciel et à l’Institut de génie biomédical. « Il est difficile pour le commun des mortels d’imaginer que l’on puisse guider les bactéries par ordinateur. Afin de démontrer l’utilité potentielle des bactéries pour cibler une tumeur, nous devions prouver que nous étions capables de les diriger et de les amener à déplacer des blocs de façon coordonnée. »

La pyramide Djoser a marqué l
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La pyramide Djoser a marqué l'histoire des structures créées par l'homme, et la nanopyramide de Sylvain Martel constitue un jalon dans l'histoire des structures fabriquées par des bactéries.

Sylvain Martel s’est inspiré de l’exemple de la pyramide de Djoser, édifiée par quelque 5000 esclaves vers 2600 av. J.-C. et considérée comme le plus ancien monument de pierre connu de l’homme. Utilisant 5 000 bactéries, il est parvenu à faire construire à ces ouvrières miniatures une pyramide à degrés en moins de 15 minutes dans une goutte d’eau.

 « Certaines bactéries soulèvent les briques par en dessous, tandis que d’autres les poussent, utilisant leurs flagelles comme moyen de propulsion pour tourner à 360 degrés. Le principe est comparable à celui de remorqueurs qui tireraient un grand navire », explique Sylvain Martel, qui, pendant 29 ans, a été membre de la Réserve navale canadienne : il a profité des temps libres que lui laissait son travail de chercheur pour gravir les échelons et devenir commandant d’un navire de guerre.

Spécialiste en nanorobotique et en micro et nanosystèmes, Sylvain Martel s’intéresse plus particulièrement aux domaines de la médecine et de la bioingénierie. Sa récente réalisation s’inscrit dans la foulée d’une autre percée technologique en robotique médicale ayant attiré l’attention de la communauté internationale. En 2007, conjointement avec d’autres chercheurs de l’École Polytechnique et du Centre hospitalier de l’Université de Montréal, il avait réussi à injecter un minuscule dispositif magnétique de 1,5 millimètre de diamètre dans l’artère carotide d’un porc, puis à téléguider et à suivre de près ses déplacements dans la circulation sanguine au moyen d’un système clinique d’imagerie par résonance magnétique (IRM). Depuis, Sylvain Martel et son équipe travaillent à réduire la taille de cet outil afin qu’il puisse circuler dans des vaisseaux plus petits. Les médecins pourraient ainsi diagnostiquer et traiter des régions du corps que les instruments actuels, comme les cathéters, ne peuvent atteindre.

Une flèche noire indique l
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Une flèche noire indique l'endroit où une armée de 5 000 bactéries placera un bloc aussi fin qu'un cheveu pour compléter la base d'une pyramide.
Sylvain Martel

« Révolutionnaire! » Voilà comment Yu Sun, professeur de génie à l’Université de Toronto et titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les systèmes de micro-ingénierie et de nano-ingénierie, qualifie le travail de Sylvain Martel.

« Non seulement réussit-il à guider avec précision un microdispositif in vivo, mais il est aussi capable d’utiliser l’IRM dans un contexte chirurgical pour voir exactement où se trouve le dispositif ou l’instrument. D’ici quelques années, il parviendra probablement à démontrer qu’il est possible de réaliser des interventions chirurgicales comme dans Le voyage fantastique », ajoute-t-il, évoquant le film de science-fiction de 1966 dans lequel une équipe de scientifiques et de médecins à bord d’un sous-marin miniaturisé était injectée dans la circulation sanguine d’un confrère gravement blessé.

Sylvain Martel et ses collaborateurs effectuent actuellement des expériences au cours desquelles ils guident des bactéries dans le système sanguin de souris. La prochaine étape : mettre à l’essai ces méthodes sur des humains, vraisemblablement d’ici quelques années, prévoit le chercheur. Sylvain Martel est résolu à faire tout ce qu’il peut pour que les recherches menées dans son laboratoire ne finissent pas sur une tablette.

Sylvain Martel
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Sylvain Martel
Voici la pyramide finale, construite par les bactéries en moins de 15 minutes.

« Je déploie tous les efforts possibles, dit-il, pour que les méthodes que nous mettons au point ici soient utilisées dans les hôpitaux et les cliniques. »

Il conclut : « Si un jour cette technologie contribue à sauver une vie, ce sera ma récompense ultime. »