Biotechnologie
La délivrance ciblée de médicaments pourrait bénéficier d’une nouvelle technique impliquant des ondes sonores
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Déplacer des objets sans les toucher
La science a développé plusieurs moyens de déplacer des objets sans contact direct. Les pinces optiques utilisent la lumière, tandis que les pinces acoustiques utilisent des ondes sonores.
Les pinces acoustiques présentent un intérêt particulier parce que les ondes sonores peuvent traverser de nombreux matériaux. Différentes fréquences permettent de manipuler des objets de tailles variées, notamment des cellules. Leur compatibilité avec les tissus biologiques dépend toutefois de la fréquence, de l’intensité et de la durée d’exposition.
Pour cette raison, les pinces acoustiques pourraient avoir de nombreuses applications, de la chirurgie à la délivrance de médicaments. Le problème est que, jusqu’à présent, le contrôle précis lors de leur utilisation était difficile dans un environnement complexe comme le corps vivant.
Une avancée dans ce domaine est décrite dans de nouvelles découvertes publiées dans Nature Physics par des chercheurs de l’EPFL, en Suisse, et de l’Université technique de Vienne, en Autriche.
Pousser avec des ondes sonores
L’équipe a développé une méthode de manipulation acoustique appelée « mise en forme de la quantité de mouvement des ondes ». Elle adapte aux ondes sonores une approche optique conçue pour contrôler les ondes malgré un environnement complexe.
Essentiellement, elle « cartographie » d’abord l’effet de diffusion des obstacles dans une structure matricielle (à droite ci‑dessous), permettant de déterminer comment utiliser les pinces malgré les obstacles sur le trajet.
Cette matrice de diffusion évolue en temps réel au fur et à mesure que l’objet se déplace, et la maintenir à jour en temps réel a été l’une des principales réalisations des chercheurs, qui ont utilisé des outils mathématiques complexes pour y parvenir.
Source: Nature
Cela modifie le fonctionnement des pinces acoustiques. Au lieu de maintenir simplement un objet à un endroit, les ondes le poussent doucement le long d’une trajectoire, comme une crosse de hockey déplace un palet.
La méthode fonctionne avec des objets sphériques, mais aussi avec des formes plus complexes. Elle peut également contrôler les rotations, ajoutant plus de flexibilité aux mouvements possibles. Elle peut fonctionner avec pratiquement n’importe quel matériau, la cible n’ayant pas besoin d’être magnétique ou particulièrement résistante.
Source: Nature
Applications possibles
Médical & Biotechnologie
La possibilité d’administrer un traitement dans le corps sans incision est prometteuse. En cancérologie, acheminer un médicament directement vers une tumeur pourrait notamment améliorer son efficacité. Ces applications demandent encore des validations adaptées à l’usage clinique.
“Certaines méthodes de délivrance de médicaments utilisent déjà des ondes sonores pour libérer des médicaments encapsulés, si bien que cette technique est particulièrement attrayante pour pousser un médicament directement vers les cellules tumorales”
De même, certaines analyses biologiques et manipulations d’échantillons pourraient se faire sans contact direct avec les tissus, ce qui limiterait les risques de contamination ou de dommage liés à la manipulation.
La technique pourrait aussi servir à l’ingénierie tissulaire ou à la bio-impression 3D. La manipulation sans contact pourrait faciliter des assemblages plus complexes et rapprocher la recherche du rêve de produire des organes à la demande.
Fabrication
Déplacer de petites particules dans toutes les directions peut également intéresser la fabrication additive.
Les pinces acoustiques pourraient compléter les techniques existantes en plaçant les particules avant leur liaison en un objet solide.
Elles pourraient aussi assembler des pièces distinctes dans des situations où une manipulation directe est difficile.
Des travaux complémentaires
Nous avons déjà présenté une technologie proche dans notre article « Les émetteurs d’énergie acoustique pourraient bientôt éliminer le besoin d’incision pendant la chirurgie”.
Nous y expliquions comment un autre type de pinces acoustiques pouvait permettre de déplacer de petits objets dans le corps, avec des applications potentielles à la chirurgie sans incision.
Il s’agissait toutefois d’une approche plus classique, visant à maintenir un objet à une position donnée.
Ces deux approches illustrent les progrès de la manipulation acoustique : guidage par échographie en temps réel d’un côté, poussée précise et actualisation de la matrice de diffusion de l’autre.
La standardisation et la commercialisation seraient des étapes ultérieures. Elles pourraient soutenir de nouveaux traitements ou améliorer certains traitements existants, mais ne sont pas acquises à ce stade.
Entreprises de manipulation 3D
L’un des systèmes de chirurgie robotique les plus avancés est vendu par Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG). Des fabricants maîtrisant déjà l’intégration de robots, d’outils chirurgicaux et de systèmes d’imagerie pourraient participer aux futures applications médicales des pinces acoustiques. Cela ne permet pas d’identifier avec certitude le premier acteur à les commercialiser.
La manipulation acoustique pourrait aussi compléter l’impression 3D et la bio-impression, offrant des possibilités aux entreprises de ces secteurs.
1. Medtronic plc
MDT Graphique du prix
Medtronic est un grand fabricant de dispositifs médicaux, notamment dans les domaines de la chirurgie et des soins intensifs. Dans les chiffres cités par l’article, sa division médico-chirurgicale représente 2,1 milliards de dollars de chiffre d’affaires, sur un total de 7,7 milliards. Ces montants correspondent à une période de publication donnée, et non à un chiffre d’affaires annuel indiqué ici.
Source: Medtronic
La croissance de l’entreprise combine développement interne et acquisitions. L’article cite un budget de recherche et développement de 2,7 milliards de dollars en 2022 et neuf acquisitions cette année-là. Le montant indiqué dans la source pour les acquisitions envisagées en 2023 nécessite une vérification de son unité.
Medtronic voit une occasion importante dans une chirurgie robotique plus simple et moins coûteuse :
« Seules 2 % des interventions chirurgicales dans le monde sont réalisées avec l’aide de robots. Les 98 % restantes représentent un potentiel pour la chirurgie robotisée, encore limité par les coûts et les contraintes d’utilisation. »
C’est dans cette optique que Medtronic a développé le système Hugo.
Source: Medtronic
L’entreprise commercialise également le dispositif de chirurgie rachidienne assistée par robot Mazor X Stealth, à la suite de son acquisition de Mazor Robotics pour 1,7 milliard de dollars en décembre 2018.
La réputation de Medtronic et sa présence dans de nombreux hôpitaux lui donnent une base pour se développer sur le marché de la chirurgie robotisée, par développement interne ou acquisitions.
L’entreprise commercialise déjà des systèmes d’échographie endoscopique. Sa présence en cardiologie pourrait également faciliter l’étude de la manipulation acoustique pour des interventions cardiovasculaires. Il s’agit d’une possibilité, pas d’une application commercialisée annoncée ici.
2. Cyfuse Biomedical K.K.
T Graphique du prix
Cette entreprise japonaise a été créée en 2010 et a commencé à vendre des imprimantes 3D aux chercheurs en 2013.
Elle vise à produire des tissus à partir des cellules elles-mêmes, sans échafaudage artificiel permanent, grâce à sa plateforme S-Spike. Cette approche est ambitieuse, mais son adoption future à grande échelle reste incertaine.
L’absence d’échafaudage artificiel permanent pourrait aider à produire des tissus proches des tissus naturels. À ce stade, la technologie décrite imprime des structures de l’ordre de 2 à 3 cm, plutôt que des organes humains complets prêts à être transplantés.
Source: Cyfuse Biomedical
Les quatre domaines ciblés sont les articulations, le foie, les nerfs et les vaisseaux sanguins. La technologie pourrait aussi servir à créer des modèles d’organes pour la formation des chirurgiens, permettant un entraînement sans exposer un patient au risque de l’intervention.
Source: Cyfuse Biomedical
Dans les données présentées par l’article, Cyfuse n’est pas rentable, après une brève période bénéficiaire en 2021, mais réalise déjà un chiffre d’affaires de quelques millions de dollars.
Un investissement dans cette entreprise repose notamment sur l’espoir d’une adoption plus large et de progrès importants de la technologie. La production d’organes complets en une seule pièce reste un objectif incertain.
Les pinces acoustiques pourraient un jour contribuer à l’assemblage de tissus plus grands et plus complexes. Leur rôle dans la production d’organes complets reste à démontrer.
