Des ingénieurs de la Johns Hopkins University ont conçu deux millirobots magnétiques de la taille d’une pointe de crayon pour traiter l’endocardite infectieuse. Pilotés sans fil par un système d’IRM externe, ces dispositifs éliminent la chirurgie cardiaque lourde et réduisent un traitement antibiotique de plusieurs semaines à moins d’une journée.

Chaque année aux États-Unis, environ 50 000 personnes contractent l’endocardite infectieuse, une infection bactérienne redoutée qui s’attaque à la paroi interne du cœur et à ses valves. La prise en charge classique exige quatre à six semaines d’antibiotiques par voie intraveineuse. Souvent, les médicaments s’avèrent inefficaces car les doses se diluent excessivement avant d’atteindre la zone malade.

Les médecins se retrouvent alors face à un choix difficile : augmenter les doses au risque d’une toxicité médicamenteuse, ou lancer une chirurgie à cœur ouvert. Face à cette impasse, une équipe multidisciplinaire menée par des chercheurs de la Johns Hopkins University a imaginé une alternative radicale publiée dans la revue Advanced Materials Technologies.

Les robots magnétiques s’ancrent dans le tissu cardiaque

Le dispositif repose sur deux minuscules robots dotés d’une aimantation permanente, mesurant la largeur d’une pointe de crayon ou d’une tête d’allumette, pour une longueur comparable à un grain de riz. Ils se déplacent à l’intérieur de la circulation sanguine sans embarquer ni moteur ni batterie.

Photo : hub.jhu.edu

Le premier appareil, baptisé module aiguille, pénètre dans le tissu cardiaque infecté et s’y ancre fermement à l’aide d’une pointe barbelée. Il sert ensuite de station d’amarrage fixe directement sur le muscle en mouvement. Le second robot, le module médicament, transporte la charge thérapeutique à travers les vaisseaux, vient s’amarrer magnétiquement au premier module et libère lentement les antibiotiques au plus près de la lésion.

Axel Krieger a indiqué : « Il suffit d’une petite piqûre pour insérer un microrobot et réaliser une intervention sans infection ni perte de sang. »

Cette approche d’acheminement localisé s’appuie sur un système externe de bobines électromagnétiques. Les chercheurs utilisent des gradients et des champs magnétiques comparables à ceux d’un appareil d’imagerie par résonance magnétique (IRM), mais détournés pour piloter les machines à travers les fluides corporels.

Tests sur des tissus porcins et modélisations cardiaques

Avant d’envisager des applications chez l’homme, l’équipe a mis à l’épreuve ses millirobots dans des maquettes en gel et sur de véritables tissus cardiaques porcins. Les essais ont démontré que les robots se déplacent de manière fluide, en conservant leur trajectoire même face à un flux sanguin simulé.

Les arrimages magnétiques ont réussi dans l’intégralité des essais rapportés, tandis que les manœuvres de désamarrage ont atteint un taux de succès de 93 %. Chaque module médicament a pu libérer un volume de 22 microlitres de liquide en l’espace de trois heures.

Photo : ZME Science

Le co-auteur Anuruddha Bhattacharjee, ancien chercheur postdoctoral à la Johns Hopkins et désormais professeur assistant à l’University of Alabama at Birmingham, détaille le gain de temps considérable qu’autorise cette technologie.

Anuruddha Bhattacharjee a déclaré : « En général, si vous suivez un traitement médicamenteux par voie intraveineuse, vous avez besoin de quatre à six semaines de thérapie. »

Bhattacharjee ajoute également que si tout fonctionne idéalement, la durée globale de la prise en charge médicale pourrait passer de plusieurs semaines à vingt-quatre heures ou moins.

Applications au-delà des infections valvulaires

L’absence de composants lourds à bord simplifie l’architecture des machines. Axel Krieger souligne que la navigation magnétique s’avère particulièrement intéressante pour cette raison précise, car les robots ne portent ni batterie ni moteur.

Les ingénieurs estiment que le principe de ces micro-robots pilotés à distance ne se limitera pas au traitement de l’endocardite. Ils envisagent d’étendre la méthode à l’oncologie, afin de acheminer des doses de chimiothérapie de manière ciblée vers des tumeurs disséminées dans des zones difficiles d’accès.

Pour franchir les prochaines étapes de développement, l’équipe prévoit de mener de nouveaux essais sur des modèles de cœurs synthétiques dotés de mouvements de contraction fidèles au rythme cardiaque réel. Ces travaux de recherche fondamentale ont bénéficié du soutien du programme CAREER de la National Science Foundation.