Robotique
La libération ciblée de médicaments se rapproche de la concrétisation grâce aux derniers Bubble-Bots
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La robotique devient de plus en plus populaire chaque année à mesure que la demande de solutions efficaces et économiques augmente.
Avec la technologie robotique offrant commodité et sécurité améliorée ainsi que l’intégration de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage automatique, permettant des capacités robotiques plus avancées, il n’est pas surprenant que le marché mondial de la robotique soit prévu de dépasser $200 milliards d’ici la fin de cette décennie.
Une autre preuve de l’augmentation de l’utilisation de la robotique est l’installation mondiale de robots industriels, qui a atteint 541,302 en 2023, la deuxième plus forte installation annuelle de l’histoire. Le record avait été établi l’année précédente, lorsque 552 946 unités avaient été installées.
Avec cela, le nombre total de robots opérationnels a maintenant atteint un nouveau sommet d’environ 4,3 millions d’unités dans le monde, l’Asie menant cette croissance avec 70 %, suivie de l’Europe à 17 % et ensuite de l’Amérique à 10 %. En ce qui concerne la fabrication de robots, le Japon est en tête, représentant 46 % du marché.
Selon la Fédération internationale de la robotique (IFR), la croissance de la robotique s’accélérera en 2025 et se maintiendra à cette vitesse dans les années à venir.
Aujourd’hui, en ce qui concerne les industries qui stimulent l’expansion massive de la robotique, l’automobile est en tête, suivie de l’électronique, du métal et de la machinerie, de la gestion des déchets, de l’agriculture, du commerce de détail, de la construction et des services alimentaires, qui sont d’autres secteurs utilisant des robots.
Robots dans le secteur de la santé
Alors que les robots sont utilisés dans divers secteurs, il existe un domaine où leur impact est bien plus grand et plus positif, à savoir la médecine. Le marché mondial des systèmes robotiques médicaux connaît en fait une croissance rapide, et on estime que la taille augmentera de 16 milliards de dollars en 2024 à 33,8 milliards de dollars d’ici 2029.
Les robots sont utilisés dans tous les domaines de la santé, de la distribution de médicaments et de l’assistance à la rééducation jusqu’à l’aide au diagnostic, à la chirurgie et à l’administration de médicaments.
Par exemple, les bras robotiques sont employés pour le mélange, le dosage, le comptage et l’inspection, tandis que des robots d’approvisionnement programmés sont utilisés pour livrer des articles à des emplacements spécifiques.
Ces robots mobiles autonomes simplifient les tâches routinières des professionnels de santé en réduisant les exigences physiques pour les travailleurs humains et en répondant aux pénuries de personnel. Ils assurent également le suivi des stocks et veillent à ce que toutes les fournitures soient toujours disponibles lorsqu’elles sont nécessaires, en plus de désinfecter les salles et de les préparer pour les patients.
En prenant en charge toutes ces tâches routinières, les robots mobiles autonomes permettent au personnel médical de se concentrer sur les patients et leurs besoins spécifiques que la technologie ne peut satisfaire. Le robot appelé Tug d’Aethon est un tel exemple, capable de se déplacer dans des conditions difficiles pour effectuer des livraisons sûres là où elles sont nécessaires et au moment opportun.
Ces robots contribuent également à créer un environnement de travail sûr en prenant en charge les tâches de nettoyage, de désinfection et de transport de fournitures vers les hôpitaux et les régions où le risque d’exposition aux agents pathogènes est présent.
Selon le CDC, environ un sur 31 patients hospitalisés présente au moins une infection associée aux soins de santé un jour donné. Cela est dû à l’incapacité des hôpitaux à désinfecter complètement les chambres. Pour aider à résoudre ces problèmes, des robots automatisés comme le Xenex autorisé par la FDA sont en cours de construction qui utilisent des rayons UV pulsés pour stériliser les chambres d’hôpital en quelques minutes.
L’innovation technologique a également conduit à des robots d’assistance chirurgicale avancés qui aident les chirurgiens à atteindre une plus grande rapidité et une meilleure précision lors d’opérations complexes.
Un robot à multiples bras appelé da Vinci Surgical System est un tel robot utilisé pour rendre la chirurgie moins invasive, réduire les erreurs chirurgicales et offrir un contrôle amélioré. Le Cyberknife est un autre qui traite les cancers en délivrant une radiothérapie aux tumeurs avec une précision extrême.
Il existe également des robots pharmaceutiques, qui gagnent beaucoup d’adhésion en raison du vieillissement de la population et des personnes atteintes de maladies chroniques nécessitant une médication continue et un traitement précis. En automatisant les processus critiques habituellement effectués manuellement et chronophages, les robots pharmaceutiques contribuent davantage à améliorer la qualité et la précision.
Robots pour l’administration de médicaments
Propulsés par les avancées technologiques et le besoin croissant d’automatisation dans le développement de médicaments et les soins aux patients, les robots rendent l’administration de médicaments plus efficace et précise, améliorant les soins aux patients.
Des entreprises développent des micro- et nanorobots qui se déplacent de façon autonome pour délivrer des médicaments dans des zones difficiles d’accès, alimentés par des réactions chimiques ou des sources externes telles que la lumière, les champs électriques ou magnétiques. En ciblant les sites de maladie, ces robots améliorent l’efficacité thérapeutique et réduisent les effets secondaires.
Il y a quelques années, une équipe de chercheurs a développé les MANiACs, de minuscules robots roulants contenant des nanorods magnétiques enfermés dans une coque sphérique souple. En 2022, un ingénieur mécanique de Stanford a construit des robots sans fil multifonctionnels pour la même application.
Et il y a seulement quelques mois, des chercheurs de NTU Singapour ont développé des robots souples de la taille d’un grain pour l’administration ciblée de médicaments. Le robot, fabriqué avec des microparticules magnétiques et contrôlé à l’aide de champs magnétiques, peut transporter jusqu’à quatre médicaments différents et les libérer selon des doses et des ordres reprogrammables.
Cette recherche s’est appuyée sur les travaux antérieurs de l’équipe, qui impliquaient des mini‑robots contrôlés magnétiquement capables de saisir de petits objets et de nager à travers des espaces étroits, entre autres mouvements complexes.
S’inspirant d’un film de science-fiction des années 1960, ‘Fantastic Voyage’, où un équipage est réduit à la taille d’une cellule pour réparer des dommages dans le cerveau d’un scientifique, la recherche transforme l’imagination en réalité.
Le robot très dextrous, lorsqu’il a été testé en laboratoire, s’est déplacé à des vitesses comprises entre 0,30 mm et 16,5 mm par seconde, a délivré des médicaments avec succès dans des environnements plus difficiles, et même après huit heures de mouvement continu, a montré une fuite de médicament minimale.
L’équipe de NTU cherche maintenant à rendre ces robots encore plus petits afin qu’ils puissent finalement être utilisés pour traiter le cancer de la vessie, les tumeurs cérébrales et le cancer colorectal.
Microbots : petits robots qui révolutionnent la médecine de précision
Les microrobots utilisent des capteurs et actionneurs miniaturisés pour exécuter les actions pour lesquelles ils sont programmés. Leur taille micron les rend faciles à utiliser dans des environnements traditionnellement trop complexes et difficiles d’accès. Cette capacité rend ces robots indispensables pour la chirurgie mini‑invasive, le diagnostic des maladies, la détoxification et l’administration précise de médicaments.
Cependant, ils ne sont pas exempts de défis en termes d’efficacité et de localisation à travers les tissus profonds.
Un autre problème majeur est qu’ils se sont avérés plus montrés que substantiels. Au cours des deux dernières décennies, plusieurs versions de micro‑ ou nanorobots ont été publiées, mais jusqu’à présent, leurs applications dans les systèmes vivants ont été assez limitées. Ensuite, il y a le fait que déplacer des objets avec une grande précision dans des biofluides complexes comme la salive, l’urine et le sang est également assez complexe.
Other obstacles for nanorobots include real-time detection within the body and achieving precise remote control for targeted therapy.
De plus, lors de la conception de ces microbots, la question se pose de savoir s’ils doivent être reliés ou autonomes. Pour qu’un microrobot autonome fonctionne efficacement dans le corps humain, il doit disposer d’une propulsion constante à travers les biofluides, d’une capacité de charge utile élevée, d’une biocompatibilité élevée pour éviter une extraction chirurgicale, d’une imagerie améliorée pour la visualisation en temps réel et d’un ciblage précis.
Ici, les robots actionnés acoustiquement montrent un potentiel considérable grâce aux avantages de la pénétration profonde des tissus, de l’opération non invasive, de la réponse rapide, des forces propulsives robustes et de la sécurité.
Ainsi, des chercheurs de Caltech ont présenté le BAM — un microrobot acoustique biodégradable guidé par l’imagerie et basé sur un hydrogel, capable de naviguer dans le corps humain avec une grande stabilité. Le BAM n’est pas un humanoïde métallique ou un robot biomimétique, c’est une petite sphère semblable à une bulle.
Selon le co‑correspondant de l’article sur les bots, Wei Gao, professeur d’ingénierie médicale à Caltech et chercheur à l’Heritage Medical Research Institute :
“Nous avons conçu une plateforme unique capable de résoudre tous ces problèmes.”
Dans leurs recherches, les scientifiques ont noté que, lorsqu’ils ont été testés, les bots ont aidé l’équipe à délivrer avec succès des thérapeutiques qui ont réduit la taille des tumeurs de la vessie chez la souris.
“Plutôt que d’introduire un médicament dans le corps et de le laisser se diffuser partout, nous pouvons désormais guider nos microrobots directement vers le site tumoral et libérer le médicament de manière contrôlée et efficace.”
– Gao
À mesure que la technologie BAM progresse, l’étude prévoit que le dispositif aura un impact considérable sur le secteur de la santé et les soins aux patients.
La conception et le développement du BAM
Le nouveau microrobot, qui possède des microstructures sphériques, est fabriqué à partir d’un hydrogel appelé poly(éthylène glycol) diacrylate. Le hydrogel commence sous forme liquide ou de résine, mais lorsque le réseau de polymères à l’intérieur devient réticulé, il devient solide.
Cette composition et microstructure permettent aux hydrogels de retenir de grandes quantités de fluide, aidant l’équipe à surmonter le problème de biocompatibilité des robots. Par ailleurs, la fabrication additive permet à la sphère extérieure de transporter la charge thérapeutique vers un site cible dans le corps.
Les microstructures et la recette du hydrogel ont été réalisées avec l’aide de Julia R. Greer, la co‑correspondante, ainsi que de Ruben F. et Donna Mettler, professeurs de science des matériaux, de mécanique et d’ingénierie médicale.
Pour cela, son groupe a utilisé la lithographie par polymérisation à deux photons (TPP). Dans cette technique d’impression 3D, un laser est utilisé pour créer des structures complexes. Ici, des impulsions ultra‑rapides de lumière laser infrarouge sont employées pour réticuler sélectivement des polymères photosensibles tout en suivant un design spécifique.
La lithographie TPP construit essentiellement une structure haute résolution couche par couche, permettant à l’équipe d’obtenir des formes complexes et une grande précision. Le groupe a pu imprimer (écrire) des microstructures d’environ 30 microns de diamètre, soit la taille d’un cheveu humain.
En parlant de la forme sphérique de la structure, Greer a noté qu’elle est « très compliquée à écrire » et nécessite la connaissance de « certaines astuces du métier pour empêcher les sphères de s’effondrer sur elles-mêmes », ce qui constitue une grande réussite que l’équipe ait pu les créer.
“Nous avons pu non seulement synthétiser la résine contenant toute la biofonctionnalisation et tous les éléments médicalement nécessaires, mais nous avons également pu les écrire sous une forme sphérique précise avec la cavité nécessaire.”
– Greer
Ceci est la structure interne de la sphère, et quant à sa structure externe, les microrobots incorporeront des nanoparticules magnétiques et le médicament thérapeutique à l’intérieur dans leur forme finale.
Les nanoparticules magnétiques permettent aux chercheurs de contrôler les robots et de les diriger vers l’emplacement souhaité à l’aide d’un champ magnétique externe. Et lorsqu’ils atteignent enfin la cible, les robots restent à cet endroit, et le médicament se diffuse passivement.
En ce qui concerne l’extérieur de la microstructure, l’équipe l’a également conçue pour être hydrophile, ce qui signifie qu’elle est attirée par l’eau. Cela garantit que les robots individuels ne collent pas entre eux lorsqu’ils traversent le corps.
Contrairement à la surface extérieure du microrobot, la surface interne n’est pas rendue hydrophile mais plutôt hydrophobe car elle doit capturer une bulle d’air, qui se dissout facilement.
Pour créer un microrobot hybride dont l’extérieur attire l’eau tandis que l’intérieur la repousse, l’équipe a conçu une modification chimique.
Cette modification comprenait deux étapes ; la première consistait à fixer des molécules de carbone à chaîne longue au hydrogel, le rendant ainsi hydrophobe. Dans la deuxième étape, les scientifiques utilisent la technique de gravure plasma à l’oxygène pour enlever les structures carbonées de l’extérieur, rendant la surface extérieure hydrophile.
Qualifiant leur modification chimique de « l’une des innovations clés de ce projet », Gao a déclaré que la modification de surface asymétrique était ce qui leur permettait réellement « d’utiliser de nombreux robots tout en piégeant des bulles pendant une période prolongée dans les biofluides, tels que l’urine ou le sérum ».
Selon la démonstration de l’équipe, cette technique a permis aux bulles de durer plusieurs jours au lieu de quelques minutes autrement.
Maintenant, pourquoi avons‑nous besoin de piéger ces bulles en premier lieu ? Eh bien, le fait de piéger les bulles est nécessaire pour déplacer les robots et les suivre grâce à l’imagerie en temps réel.
Pour permettre au microrobot d’avancer, les chercheurs ont doté la sphère de deux ouvertures de forme cylindrique. L’équipe a constaté que la présence de deux ouvertures permettait aux robots de se déplacer dans divers biofluides à des vitesses supérieures à celles d’une seule ouverture.
Lorsqu’ils sont exposées à un champ ultrasonique, les bulles à l’intérieur du robot vibrent, faisant circuler le fluide qui l’entoure loin de lui, propulsant ainsi le robot à travers le fluide.
La bulle, qui est piégée dans chaque microstructure, agit comme un excellent agent de contraste pour l’imagerie ultrasonore, permettant la surveillance en temps réel des bots in vivo.
L’équipe a ensuite testé les microrobots comme outil d’administration de médicaments chez des souris atteintes de tumeurs de la vessie. En 22 jours, quatre administrations de thérapeutiques ont été réalisées grâce aux microrobots. Ces administrations se sont avérées plus efficaces pour réduire la taille des tumeurs que celles qui n’utilisaient pas de robots. Selon Gao :
“Nous pensons qu’il s’agit d’une plateforme très prometteuse pour l’administration de médicaments et la chirurgie de précision. En regardant vers l’avenir, nous pourrions envisager d’utiliser ce robot comme plateforme pour délivrer différents types de charges thérapeutiques ou d’agents pour diverses conditions. Et à long terme, nous espérons tester cela chez l’homme.”
Entreprise investissable dans le domaine de la robotique médicale
Voyons maintenant une entreprise de premier plan dans ce domaine :
Intuitive Surgical
Cette entreprise d’une capitalisation boursière de 186,6 milliards de dollars est connue pour développer, fabriquer et commercialiser le système chirurgical da Vinci et le système endoluminal Ion. Les produits et services d’Intuitive Surgical (ISRG ) permettent d’améliorer les résultats pour les patients.
ISRG Graphique du prix
Au moment de la rédaction, ses actions se négocient à 517 $, en hausse de 55,3 % depuis le début de l’année, avec un BPA (TTM) de 6,2 et un PER (TTM) de 84,22. Pour le troisième trimestre 2024, l’entreprise a déclaré 2,04 milliards de dollars de chiffre d’affaires, soit une hausse de 17 % par rapport au même trimestre de l’année précédente.
Au cours de cette période, les procédures da Vinci dans le monde ont augmenté d’environ 18 % par rapport au 3T23, et sa base installée est passée à 9 539 systèmes, Intuitive Surgical ayant installé 379 de ces systèmes. L’entreprise a également obtenu l’autorisation réglementaire du système en Corée du Sud.
Conclusion
La robotique suscite beaucoup d’attention dans le monde entier et dans tous les secteurs. La demande de robots dans le domaine de la santé est particulièrement forte et en croissance grâce à leur capacité à rationaliser les flux de travail cliniques, à assister la chirurgie, à réduire le risque d’infection et à offrir un environnement plus sûr ainsi des soins de haute qualité aux patients.
Les dernières recherches sur les nanorobots, comme nous l’avons souligné aujourd’hui, démontrent une percée médicale qui peut transformer le secteur de la santé en traitant des affections qui ne sont pas seulement difficiles mais parfois même impossibles. Cela ouvre certainement la voie à des thérapies améliorées et à un avenir plus sain.
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