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.
L’intégration de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage automatique élargit les capacités des robots. La prévision citée estimait que le marché mondial de la robotique pourrait dépasser 200 milliards de dollars à la fin des années 2020.
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.
En 2023, environ 4,3 millions de robots industriels étaient en service dans le monde. L’Asie représentait 70 % des nouvelles installations de cette année, l’Europe 17 % et les Amériques 10 %. Le Japon figure également parmi les principaux fabricants de robots industriels.
Dans ses prévisions publiées en 2024, la Fédération internationale de la robotique (IFR) s’attendait à une reprise de la croissance en 2025, puis à sa poursuite les années suivantes.
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
La médecine fait partie des secteurs où les robots peuvent aider les professionnels. Le marché mondial des systèmes robotiques médicaux se développe, et la prévision citée estimait que sa taille passerait de 16 milliards de dollars en 2024 à 33,8 milliards en 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 patient hospitalisé sur 31 présente au moins une infection associée aux soins un jour donné. Ces infections ont plusieurs causes et ne résultent pas uniquement d’une désinfection insuffisante des chambres. Pour compléter le nettoyage manuel, des appareils tels que le LightStrike+ de Xenex ont reçu une autorisation De Novo de la FDA pour réduire les microorganismes sur certaines surfaces dans des locaux de soins inoccupés. Cette autorisation ne signifie pas qu’ils stérilisent entièrement les chambres.
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.
Le système chirurgical da Vinci comporte plusieurs bras commandés par un chirurgien et facilite certains gestes mini-invasifs. Il ne garantit pas l’absence d’erreurs. Le système CyberKnife utilise un bras robotisé pour diriger la radiothérapie vers les tumeurs.
Les robots pharmaceutiques suscitent aussi un intérêt croissant, notamment pour préparer et distribuer des traitements. L’automatisation de certaines tâches manuelles répétitives peut améliorer la précision et libérer du temps pour les professionnels.
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 chercheurs développent des micro- et nanorobots pour transporter des médicaments vers des zones difficiles d’accès. Ils peuvent être propulsés par des réactions chimiques ou par des champs lumineux, électriques ou magnétiques externes. L’objectif est d’améliorer l’action locale des traitements et de limiter les effets indésirables, mais de nombreux dispositifs restent expérimentaux.
Il y a quelques années, une équipe de chercheurs a développé les MANiACs, de minuscules robots roulants contenant des nanobâtonnets magnétiques dans une coque sphérique souple. En 2022, des chercheurs en génie mécanique de Stanford ont 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.
Ces recherches évoquent Le Voyage fantastique, film de science-fiction de 1966 dans lequel un équipage miniaturisé parcourt le corps humain. Les dispositifs réels restent toutefois des systèmes médicaux expérimentaux.
Lors des essais en laboratoire, ce robot très agile s’est déplacé à des vitesses de 0,30 à 16,5 millimètres par seconde et a transporté des médicaments dans des environnements difficiles. Les fuites sont restées faibles après huit heures de mouvement continu.
L’équipe de NTU cherchait à miniaturiser davantage ces robots en vue de futures applications contre les cancers de la vessie, du cerveau et du côlon-rectum. Il ne s’agissait pas encore de traitements établis chez des patients.
Microbots : petits robots qui révolutionnent la médecine de précision
Les microrobots peuvent utiliser des capteurs et des actionneurs miniaturisés ou réagir directement à des champs externes. Leurs dimensions micrométriques les rendent intéressants pour accéder à des milieux difficiles, notamment pour le diagnostic et l’administration ciblée de médicaments. Ces applications ne sont pas toutes devenues des pratiques cliniques courantes.
Cependant, ils ne sont pas exempts de défis en termes d’efficacité et de localisation à travers les tissus profonds.
Un obstacle majeur reste le passage des démonstrations prometteuses à une utilisation clinique. De nombreux prototypes de micro- et nanorobots ont été présentés au cours des deux dernières décennies, 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.
Les nanorobots présentent d’autres difficultés, notamment leur détection en temps réel dans l’organisme et l’obtention d’un contrôle à distance précis pour les thérapies ciblées.
Le choix entre un robot relié physiquement à un équipement et un robot sans liaison est également important. Un robot sans liaison n’est pas nécessairement autonome. Il doit disposer d’une propulsion adaptée, d’une charge utile suffisante, d’une bonne biocompatibilité et de moyens de suivi et de guidage précis. Une dégradation sûre peut éviter une extraction chirurgicale.
Les robots à propulsion acoustique sont prometteurs, car les ultrasons peuvent pénétrer relativement profondément dans les tissus et permettre une activation rapide sans liaison physique. Leur sécurité doit néanmoins être évaluée pour chaque dispositif et chaque usage.
Des chercheurs de Caltech ont développé BAM, un microrobot acoustique biorésorbable en hydrogel, guidé par imagerie. Cette petite sphère semblable à une bulle a été testée pour l’administration de médicaments chez la souris ; elle ne constitue pas encore un traitement validé chez l’humain.
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
Ces résultats ouvrent une piste pour de futurs systèmes d’administration de médicaments. Des études supplémentaires d’efficacité et de sécurité restent nécessaires avant une utilisation clinique.
La conception et le développement du BAM
Le microrobot sphérique est fabriqué à partir d’un hydrogel à base de diacrylate de polyéthylène glycol. La résine de départ est liquide et se solidifie lorsque les polymères sont réticulés.
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 formulation de l’hydrogel ont été développées avec Julia R. Greer, coautrice et titulaire de la chaire Ruben F. et Donna Mettler en science des matériaux, mécanique et ingénierie médicale. Ruben F. et Donna Mettler sont les noms associés à cette chaire, et non deux chercheurs supplémentaires du projet.
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 permet de fabriquer des microstructures complexes avec une grande précision. L’équipe a imprimé des structures d’environ 30 micromètres de diamètre, un ordre de grandeur comparable à celui d’un cheveu fin.
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
La structure finale incorpore également des nanoparticules magnétiques ainsi que le médicament à transporter.
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.
La modification se déroule en deux étapes. Des chaînes carbonées longues sont d’abord fixées à l’hydrogel pour le rendre hydrophobe. Un traitement au plasma d’oxygène retire ensuite ces éléments de la surface extérieure, qui devient 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.
Sous l’effet d’un champ ultrasonore, les bulles piégées vibrent et mettent en mouvement le fluide environnant à travers les ouvertures, ce qui propulse les robots.
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 testé ces microrobots chez des souris atteintes de tumeurs de la vessie. Quatre administrations sur 21 jours ont réduit davantage les tumeurs que le traitement administré sans 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.”
Une entreprise cotée dans la robotique médicale
Voyons maintenant une entreprise de premier plan dans ce domaine :
Intuitive Surgical
À la date de rédaction de l’article, la capitalisation d’Intuitive Surgical était donnée à 186,6 milliards de dollars. L’entreprise développe, fabrique et commercialise le système chirurgical da Vinci et le système endoluminal Ion. Ses produits sont utilisés par les professionnels lors de certains gestes médicaux. Intuitive Surgical (ISRG ) intervient ainsi dans la chirurgie assistée par robot.
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 attire l’attention dans de nombreux secteurs. Dans la santé, elle peut faciliter les tâches cliniques, assister les chirurgiens et contribuer à réduire certaines expositions aux agents pathogènes, sous réserve d’une utilisation adaptée et évaluée.
Les recherches décrites sur ces microrobots montrent des résultats prometteurs chez l’animal. Elles pourraient contribuer à de futures thérapies, mais les essais présentés ne démontrent pas encore une efficacité et une sécurité cliniques chez l’humain.
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