Les microrobots médicaux en médecine reproductive, du laboratoire à la clinique

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 728 (2023) Citer cet article

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La microrobotique médicale est un domaine émergent qui vise le diagnostic et la thérapie non invasive à l'intérieur du corps humain grâce à des capteurs et des actionneurs miniaturisés. Ces microrobots peuvent être connectés (par exemple, microcathéters intelligents, microendoscopes) ou non (par exemple, systèmes d'administration de médicaments basés sur des cellules). Un mouvement actif et de multiples fonctionnalités, distinguant les microrobots des simples porteurs passifs et des nanomédicaments conventionnels, peuvent être obtenus grâce à un contrôle externe avec des champs physiques tels que le magnétisme ou les ultrasons. Nous donnons ici un aperçu des principaux défis dans le domaine de la procréation assistée et de la manière dont ces nouvelles technologies pourraient, à l'avenir, permettre la fécondation assistée in vivo et améliorer l'implantation d'embryons. À titre d'étude de cas, nous décrivons une intervention potentielle en cas d'échec récurrent de l'implantation d'embryons, qui implique la livraison non invasive d'un embryon précoce au site de fécondation à l'aide de microrobots à commande magnétique. Comme l’embryon sera en contact avec le liquide sécrétoire de l’oviducte, il pourra se développer dans des conditions naturelles et en synchronisation avec la préparation de l’endomètre. Nous discutons des conceptions potentielles de microrobots, y compris une sélection appropriée de matériaux et de processus, en envisageant leur traduction du laboratoire aux études sur les animaux et à la médecine humaine. Enfin, nous soulignons les considérations réglementaires et éthiques liées à l’introduction de cette technologie en clinique.

L'infertilité est un problème qui touche 48,5 millions de couples dans le monde1. Les causes possibles du facteur féminin sont les troubles ovulatoires, le dysfonctionnement des trompes, l'endométriose, les facteurs utérins et/ou cervicaux. Le facteur masculin est généralement causé par une mauvaise qualité des spermatozoïdes (par exemple, une faible motilité, une morphologie anormale ou un faible nombre), ce qui diminue la possibilité de féconder l'ovocyte in vivo. Les traitements courants contre l'infertilité existants comprennent la stimulation hormonale peu coûteuse et peu invasive et l'insémination intra-utérine, la fécondation in vitro (FIV) ou l'injection intracytoplasmique de spermatozoïdes (ICSI), qui sont indiquées en cas de diagnostic d'infertilité tubaire ou d'infertilité masculine grave. L'application de ces techniques a rapidement augmenté grâce à l'amélioration des protocoles et des techniques de sélection des gamètes, suggérées par les directives internationales2, atteignant des taux de fécondation d'environ 95 %3. Cependant, les taux d'implantation pour l'ICSI et la FIV sont toujours compris entre 17 et 21 % (après le 3e jour) et diminuent avec l'âge du patient4. Ces taux se sont encore améliorés ces dernières années, après une culture prolongée d'embryons in vitro (jusqu'au cinquième jour), atteignant des taux de grossesse de 42 à 47 %5. Cependant, la probabilité d'obtenir des blastocystes de haute qualité est encore faible et repose sur la nécessité de récupérer un nombre élevé d'ovocytes avec stimulation hormonale, mais même avec des techniques avancées d'évaluation de la qualité, utilisant l'apprentissage automatique, le taux d'implantation par embryon avec une qualité optimale est toujours pas supérieur à 57,5%6.

Ces faibles taux de grossesse des embryons transférés obtenus par FIV et ICSI pourraient être causés par le stress auquel les gamètes sont exposés lors de leur manipulation in vitro7. Des facteurs liés au mode de vie, des maladies, des anomalies utérines ou endométriales ou des facteurs embryonnaires peuvent également avoir un impact. Les différences dans les protocoles de laboratoire de FIV ont également montré une influence sur le succès de chaque traitement8. Néanmoins, dans la plupart des cas, aucune explication apparente n’est trouvée. Pour ces problèmes médicaux, il a été démontré que le traitement des lésions de l’endomètre, la modification du protocole de stimulation, le transfert de l’embryon au stade du blastocyste et/ou l’éclosion assistée peuvent aider9.

En particulier, pour les échecs récurrents d’implantation d’embryons, une méthode prometteuse dans les premières années après l’introduction de la FIV10 était le transfert intrafallopien de gamètes/zygotes (GIFT/ZIFT) par laparoscopie11. Cette technique a été abandonnée après l'amélioration de la fécondation extracorporelle par FIV et ICSI et les conditions de culture dans les laboratoires modernes de FIV ont montré des taux de formation d'embryons plus élevés. Cependant, GIFT et ZIFT restent considérés comme avantageux car ils offrent un environnement physiologique approprié pour la fécondation et/ou le développement embryonnaire, et une synchronisation optimale entre la préparation embryonnaire et endométriale. Cette procédure a montré pour certains cas de RIF, des taux de grossesse plus élevés12, mais dans une métaétude incluant trois cas de ZIFT, aucune amélioration évidente n'a été observée du taux de naissances vivantes13. De manière générale, on sait que le succès de la technique repose sur l'expertise du chirurgien et le protocole appliqué qui diffèrent selon les laboratoires de FIV. La méthode traditionnelle est également assez invasive, nécessite une anesthésie et peut avoir des effets indésirables14. Cependant, des techniques de ZIFT moins invasives telles que le ZIFT/GIFT microrobotique peuvent donner de meilleurs résultats.