Cinquante ans jour pour jour après la sortie du film Le Voyage fantastique, le Laboratoire de nanorobotique de Polytechnique Montréal dévoile une nouvelle plateforme d’intervention médicale unique au monde, consacrée à la lutte contre le cancer. Au terme de 15 années de recherches réalisées par le Pr Sylvain Martel et son équipe, cette infrastructure permet de guider des robots microscopiques à travers le système vasculaire d’êtres vivants afin de livrer des substances médicamenteuses dans des zones ciblées.

Un voyage mouvementé de 100 000 km dans le corps humain

Le Voyage fantastique racontait l’aventure d’une équipe de chercheurs réduite à l’échelle microscopique, qui, à bord d’un sous-marin miniaturisé, voyageait dans le corps d’un patient pour pratiquer une intervention médicale dans une région chirurgicalement inaccessible. Aujourd’hui, ce classique de la science-fiction se trouve dépassé par les procédés et les protocoles mis au point par l’équipe multidisciplinaire du Pr Sylvain Martel composée d’ingénieurs, de scientifiques et d’experts de plusieurs spécialités médicales qui collaborent à ces projets annonciateurs de la médecine du futur.

« Nos travaux représentent une nouvelle vision des interventions contre le cancer, notre objectif étant de mettre au point les systèmes les plus performants pour assurer le transport d’agents thérapeutiques au sein même des cellules tumorales, dans les zones inatteignables par les traitements classiques », déclare le Pr Martel, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en nanorobotique médicale et directeur du Laboratoire de nanorobotique de Polytechnique Montréal.

Véhiculer des agents nanorobotiques dans les voies sanguines jusqu’aux plus fins capillaires sans qu’ils se perdent dans ce réseau d’environ 100 000 kilomètres, soit 2,5 fois le tour de la Terre et pour qu’ils atteignent la zone ciblée, voilà le scénario maintenant devenu réalité. Un trajet aventureux pour ces véhicules microscopiques, qui, à l’instar des héros du film, doivent affronter les assauts du puissant débit sanguin artériel, les dédales du réseau vasculaire et l’étroitesse des capillaires!

Des « médecins » invisibles à l’œil nu

Pour effectuer ce voyage fantastique, l’équipe du Pr Martel développe plusieurs procédés, au sujet desquels elle fait souvent figure de pionnière. Entre autres, le guidage, dans les artères, de transporteurs mesurant une fraction de l’épaisseur d’un cheveu, au moyen d’une plateforme clinique d’imagerie par résonance magnétique (IRM), qu’elle fut la première au monde à réussir dans un être vivant, en 2006. Cet exploit fut suivi en 2011 par celui du guidage de microtransporteurs chargés d’agents thérapeutiques jusqu'au foie d'un lapin.

Toutefois, les limites de la miniaturisation qui empêchent les nanorobots artificiels de pénétrer dans les fins vaisseaux sanguins ont amené le Pr Martel à les transformer en véritables « chevaux de Troie », en y enfermant une « armée» de bactéries spéciales chargées de médicament qu’ils libéreront aux frontières de ces vaisseaux.

Capables d’emprunter des voies plus petites qu’un globule rouge, les bactéries autopropulsées se déplacent à très grande vitesse (200 microns par seconde, soit 200 fois leur taille par seconde). Une fois parvenues à l’intérieur d’une tumeur, elles peuvent y détecter naturellement les zones hypoxiques, c'est-à-dire pauvres en oxygène, qui sont les plus actives et les plus difficiles à soigner par les traitements classiques, dont la radiothérapie, et y livrer le médicament.

Grâce à ce procédé, l’équipe du Pr Martel est parvenue à administrer des agents thérapeutiques, en les guidant par champ magnétique, dans des tumeurs colorectales chez des modèles murins. Cela vient d’ailleurs de faire l’objet d’une publication dans la célèbre revue Nature Nanotechnology sous le titre Magneto-aerotactic bacteria deliver drug-containing nanoliposomes to tumour hypoxic regions. « Ce procédé avant-gardiste, qui assure un ciblage optimal de la tumeur et qui, contrairement aux chimiothérapies ou aux radiothérapies actuelles, préserve les organes et les tissus sains environnants, annonce une nouvelle ère dans le traitement des cancers », se réjouit le Dr Gerald Batist, directeur du Centre de recherches appliquées au cancer de l’Université McGill à l'Hôpital général juif, qui collabore au projet.

Dans le cadre de ses projets, le Pr Martel s’intéresse aussi aux procédés qui donneront aux agents transporteurs accès à certaines zones inaccessibles du corps humain, comme le cerveau. En 2015, son équipe s’est également illustrée en parvenant à ouvrir temporairement et sans dommages la barrière hémato-encéphalique chez un rat, ce qui lui a permis d’atteindre des zones ciblées du cerveau. Une prouesse réalisée grâce à la légère augmentation de la température provoquée par l’exposition des nanoparticules à un champ de fréquences radio.

« À l’heure actuelle, 98 % des molécules médicamenteuses traversent très mal la barrière hémato-encéphalique. La chirurgie est souvent le seul moyen de traiter certains patients ayant des maladies graves du cerveau. Or, certaines tumeurs sont inopérables du fait de leur localisation. La radiothérapie, quant à elle, est non dénuée de risque à moyen et long terme pour le cerveau. Ces travaux représentent donc un réel espoir pour les patients atteints d’une tumeur au cerveau », précise un des médecins collaborant au projet, la Dre Anne-Sophie Carret, spécialiste en hématologie-oncologie au Département de pédiatrie du CHU Sainte-Justine.

4,6 M$ d’équipements pour un laboratoire de médecine du futur unique en son genre

Ce nouvel investissement au Laboratoire de nanorobotique représente une infrastructure de 4,6 M$, à laquelle ont contribué la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) et le gouvernement du Québec par la somme de 1,85 M$ chacun. Des entreprises, telles que Siemens Canada et MËKANIC - Recherche et Technologie, ont apporté des contributions stratégiques au projet. Ce laboratoire rassemble aujourd’hui les plateformes permettant de transposer en applications cliniques les procédés mis au point par l’équipe du Pr Martel.

Le Laboratoire regroupe notamment les équipements suivants :

• une plateforme clinique IRM pour diriger et faire voyager des transporteurs microscopiques sur des zones précises du système vasculaire et pour visualiser ces transporteurs en 3D in vivo;

• une station de magnétotaxisme développée sur mesure qui génère les champs magnétiques nécessaires pour guider les bactéries chargées d’agents thérapeutiques à l’intérieur des tumeurs;

• une station robotique (constituée d’un lit robotisé) permettant de déplacer le patient d’une plateforme à une autre;

• une plateforme d’hyperthermie pour obtenir l’ouverture temporaire de la barrière hémato-encéphalique;

• un système de radiographie mobile;

• une « pouponnière » de bactéries.

« Nous sommes heureux de contribuer au développement à Montréal d’une infrastructure de pointe visant l’élaboration de protocoles médicaux adaptés à de futures interventions chez l'humain qui promettent de révolutionner le domaine des traitements oncologiques », déclare Gilles Patry, président-directeur général de la Fondation canadienne pour l’innovation.

« Le gouvernement du Québec est fier de soutenir les travaux du Pr Martel, qui témoignent de l’excellence et du caractère réellement avant-gardiste de la recherche québécoise dans le secteur des sciences de la vie. Par ailleurs, les nombreux partenariats établis au sein du Laboratoire de nanorobotique permettent de renforcer l’expertise et la capacité d’innover de cette industrie », a souligné pour sa part la ministre de l’Économie, de la Science et de l’Innovation et ministre responsable de la Stratégie numérique, Mme Dominique Anglade.

« La nanomédecine annoncée par les projets du Pr Martel nous permettra de mieux cibler la tumeur lors de la chimio-embolisation des tumeurs du foie et donc de mieux la traiter tout en réduisant la toxicité hépatique et systémique et les effets secondaires des agents thérapeutiques », renchérit le Dr Gilles Soulez, dont l’équipe de la plateforme de recherche en imagerie du Centre de recherche du Centre hospitalier de l'Université de Montréal (CRCHUM) collabore au développement de ces protocoles avec celle du Pr Martel.

Le directeur général de Polytechnique Montréal, Christophe Guy, souligne quant à lui que « les projets du Pr Martel et de son équipe sont représentatifs du leadership de notre établissement en matière d’enseignement et de recherche en génie biomédical. Ils incarnent également notre vision d’une recherche ayant un impact positif direct sur la société et nos concitoyens. »

À propos de Polytechnique Montréal

Fondée en 1873, Polytechnique Montréal est l’un des plus importants établissements d’enseignement et de recherche en génie au Canada. Polytechnique occupe le premier rang au Québec pour le nombre de ses étudiants et l’ampleur de ses activités de recherche. Avec plus de 45 700 diplômés, Polytechnique Montréal a formé près du quart des membres actuels de l’Ordre des ingénieurs du Québec. Elle offre plus de 120 programmes. Polytechnique Montréal compte 250 professeurs et plus de 8 200 étudiants. Son budget annuel de fonctionnement s’élève à plus de 210 millions de dollars, dont un budget de recherche de plus de 71 millions de dollars.

À propos de la FCI

La Fondation canadienne pour l’innovation procure aux chercheurs les outils dont ils ont besoin pour voir grand et innover. Ses investissements dans des installations et de l’équipement de pointe permettent aux universités, aux collèges, aux hôpitaux de recherche et aux établissements de recherche à but non lucratif du Canada d’attirer et de retenir les meilleurs chercheurs au monde, de former la prochaine génération de scientifiques, d’appuyer l’innovation dans le secteur privé et de créer des emplois de qualité qui renforcent la position du Canada dans l’économie du savoir et qui améliorent la qualité de vie de tous les Canadiens.

Gouvernement du Québec

Par son Programme de soutien à la recherche, volet 3 : cofinancement du Québec aux programmes de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) (PSRv3), le gouvernement du Québec appuie le financement des infrastructures de recherche de calibre international dans les universités et les centres hospitaliers universitaires, les collèges et les centres collégiaux de transfert de technologie, ainsi que les organismes de recherche à but non lucratif. La participation québécoise aux investissements de la FCI est issue d’une collaboration entre le ministère de l’Économie, de la Science et de l’Innovation, le ministère de l’Éducation et de l’Enseignement supérieur ainsi que le ministère de la Santé et des Services sociaux.

- 30 -
 

Possibilité d’entrevue avec le Pr Sylvain Martel