Une étude révolutionnaire a permis d’utiliser des microbulles guidées par ultrasons pour naviguer dans les vaisseaux sanguins du cerveau. Cette méthode promet une approche plus ciblée et moins invasive pour traiter les affections liées au cerveau, notamment les tumeurs et les troubles psychologiques, avec le potentiel de réduire les effets secondaires des médicaments. Crédit : Issues.fr.com
Des chercheurs de l’ETH Zurich ont montré pour la première fois que des microvéhicules pouvaient être dirigés à travers les vaisseaux sanguins du cerveau de souris grâce aux ultrasons. Ils espèrent que cela mènera à terme à des traitements capables de délivrer des médicaments avec une précision extrême.
- Une technologie développée ces dernières années à l’ETH Zurich pour contrôler des microvéhicules par ultrasons fonctionne également dans le cerveau, comme les chercheurs ont maintenant pu le démontrer.
- Ces microvéhicules sont des bulles de gaz, inoffensives, qui se dissolvent une fois leur travail accompli.
- À l’avenir, ces microvéhicules pourraient être équipés de médicaments et les délivrer à des points précis du cerveau. Cela peut augmenter l’efficacité des médicaments et réduire leurs effets secondaires.
Les tumeurs cérébrales, les hémorragies cérébrales et les troubles neurologiques et psychologiques sont souvent difficiles à traiter avec des médicaments. Et même lorsque des médicaments efficaces sont disponibles, ceux-ci ont tendance à avoir de graves effets secondaires car ils circulent dans tout le cerveau et pas seulement dans la zone qu’ils sont censés traiter. Face à cette situation, les chercheurs ont bon espoir de pouvoir un jour proposer une approche plus ciblée permettant d’acheminer les médicaments vers des lieux très précis. À cette fin, ils développent actuellement des mini-transporteurs capables d’être guidés à travers le labyrinthe dense de vaisseaux sanguins.
Des chercheurs de l’ETH Zurich, de l’Université de Zurich et de l’Hôpital universitaire de Zurich sont parvenus pour la première fois à guider des microvéhicules à travers les vaisseaux sanguins du cerveau d’un animal grâce aux ultrasons.
L’approvisionnement en sang du cerveau est compliqué et guider les microvéhicules dans la circulation sanguine est une tâche complexe. Crédit : Photothèque scientifique / Francis Leroy
L’échographie au lieu du magnétisme
Par rapport aux technologies de navigation alternatives telles que celles basées sur les champs magnétiques, les ultrasons offrent certains avantages. Daniel Ahmed, professeur de robotique acoustique à l’ETH Zurich et directeur de l’étude, explique : « En plus d’être largement utilisés dans le domaine médical, les ultrasons sont sûrs et pénètrent profondément dans le corps. »
Pour leur microvéhicule, Ahmed et ses collègues ont utilisé des microbulles remplies de gaz et recouvertes de lipides – les mêmes substances dont sont constituées les membranes cellulaires biologiques. Les bulles ont un diamètre de 1,5 micromètres et sont actuellement utilisées comme matériau de contraste en imagerie échographique.
Avantages des microbulles guidées par ultrasons
Comme les chercheurs l’ont montré, ces microbulles peuvent être guidées à travers les vaisseaux sanguins. « Étant donné que ces bulles, ou vésicules, sont déjà approuvées pour une utilisation chez les humains, il est probable que notre technologie sera approuvée et utilisée dans des traitements pour les humains plus rapidement que d’autres types de microvéhicules actuellement en développement », explique Ahmed. Il a reçu une Starting Grant du Conseil européen de la recherche ERC en 2019 pour son projet de recherche et de développement de cette technologie.
Vaisseaux sanguins dans le cerveau avec des amas de microvéhicules en orange (image microscopique). Crédit : Del Campo Fonseca et al., Nature Communications 2023, édité par l’ETH Zurich
Un autre avantage des microbulles guidées par ultrasons est qu’elles se dissolvent dans l’organisme une fois leur travail accompli. En utilisant une autre approche, celle des champs magnétiques, les microvéhicules doivent être magnétiques, et il n’est pas facile de développer des microvéhicules biodégradables. De plus, les microbulles développées par les chercheurs de l’ETH Zurich sont petites et lisses. « Cela nous permet de les guider facilement le long de capillaires étroits », explique Alexia Del Campo Fonseca, doctorante du groupe d’Ahmed et auteur principal de l’étude.
Aller à contre-courant
Au cours des dernières années, Ahmed et son groupe ont travaillé en laboratoire pour développer leur méthode de guidage des microbulles à travers des vaisseaux étroits. Aujourd’hui, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Zurich et de l’hôpital universitaire de Zurich, ils ont testé cette méthode sur des vaisseaux sanguins dans le cerveau de souris. Les chercheurs ont injecté les bulles dans le système circulatoire des rongeurs, où elles sont entraînées dans le sang sans aucune aide extérieure. Cependant, les chercheurs ont réussi à utiliser les ultrasons pour maintenir les vésicules en place et les guider à travers les vaisseaux cérébraux dans le sens inverse du flux sanguin. Les chercheurs ont même pu guider les bulles à travers des vaisseaux sanguins alambiqués ou les faire changer de direction plusieurs fois afin de les orienter vers les branches les plus étroites de la circulation sanguine.
Pour contrôler les mouvements des microvéhicules, les chercheurs ont également fixé quatre petits transducteurs à l’extérieur du crâne de chaque souris. Ces appareils génèrent des vibrations dans la gamme des ultrasons, qui se propagent à travers le cerveau sous forme d’ondes. À certains points du cerveau, les ondes émises par deux ou plusieurs transducteurs peuvent soit s’amplifier, soit s’annuler. Les chercheurs guident les bulles à l’aide d’une méthode sophistiquée d’ajustement de la sortie de chaque transducteur individuel. L’imagerie en temps réel leur montre dans quelle direction se déplacent les bulles.
Plans futurs
Pour créer l’imagerie nécessaire à cette étude, les chercheurs ont utilisé deuxphoton microscopie. À l’avenir, ils souhaitent également utiliser les ultrasons eux-mêmes pour l’imagerie et prévoient d’améliorer la technologie des ultrasons à cette fin.
Dans cette étude, les microbulles n’étaient pas équipées de médicaments. Les chercheurs ont d’abord voulu montrer qu’ils pouvaient guider les microvéhicules le long des vaisseaux sanguins et que cette technologie était adaptée à une utilisation dans le cerveau. C’est là que se trouvent des applications médicales prometteuses, notamment dans le traitement du cancer, des accidents vasculaires cérébraux et des troubles psychologiques. La prochaine étape des chercheurs consistera à attacher les molécules médicamenteuses à l’extérieur de l’enveloppe de la bulle pour le transport. Ils souhaitent améliorer la méthode dans son ensemble jusqu’à ce qu’elle puisse être utilisée chez l’homme, en espérant qu’elle servira un jour de base au développement de nouveaux traitements.
