L’utilisation de nanoparticules enrobées de polymères est la source de grands espoirs pour le traitement de maladies graves, notamment les pathologies cancéreuses ou dégénératives du cerveau comme Alzheimer ou Parkinson. Une subvention de 3 millions de dollars de la National Science Foundation va permettre à des chercheurs de l'Université de Cornell de travailler à une nouvelle combinaison d’IA et de techniques de production qui, selon eux, pourrait changer l’avenir de la nanomédecine en révolutionnant la façon dont les nanoparticules polymères sont fabriquées. L’enrobage du médicament, en l'occurrence les polymères, joue un rôle important pour l’utilisation thérapeutique des nanoparticules. En effet, elles permettent d'administrer au patient des médicaments au bon endroit, au bon moment mais leur utilisation a jusqu'à présent été limitée par la complexité de la fabrication. Rong Yang, Professeure adjoint à la Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering et chercheur principal de la subvention, a d'ailleurs reçu en mars 2022, un « prix de développement de début de carrière » de la National Science Foundation, visant à récompenser les professeurs en début de carrière qui ont le potentiel de servir de modèles universitaires en recherche et en éducation et de faire progresser la mission de leur département ou organisation, selon la NSF. Ce financement doit lui servir à faire progresser la fabrication de nanoparticules polymères, actuellement synthétisées par un procédé par lots basé sur des solutions, ce qui peut limiter leur forme, leur taille, leur chimie et, par conséquent, leur déploiement à grande échelle. Son objectif est de développer un paradigme de fabrication entièrement sec et évolutif qui produit des nanoparticules de polymère, avec une forme, une taille et des produits chimiques programmables sans solvants toxiques, qui pourraient être utilisées comme implants injectables ou dans l’administration de médicaments.

Une subvention de 3 millions de dollars de la NSF pour résoudre la complexité de fabrication des nanoparticules de polymère

Ron Yang explique : « Cela peut prendre des décennies pour qu’une entreprise conçoive une recette moléculaire et la rende reproductible de manière cohérente à grande échelle. Il y a un goulot d’étranglement qui passe de la synthèse à l’échelle du banc d’essai à la fabrication à l’échelle de l’industrie, et c’est ce que nous essayons de résoudre ».

Computer Vision et réseau neuronal convolutif

Les chercheurs utiliseront l’IA pour analyser et guider la production de nanoparticules polymères en temps réel. Au fur et à mesure que les nanoparticules seront synthétisées avec un système de dépôt chimique en phase vapeur (iCVD), les chercheurs incorporeront des cristaux liquides qui laissent une « empreinte optique » à lire par vision par ordinateur. Les données résultantes seront utilisées pour former un réseau neuronal convolutif afin d’identifier des informations sur les nanoparticules de polymère, puis utilisées pour une prise de décision automatisée en temps réel pendant le processus d’assemblage. Rong Yang commente : « Nous utiliserons des cristaux liquides comme solvant et aussi comme écran, le même type que vous pourriez trouver sur votre écran de télévision. Nous pouvons les utiliser pour établir un lien entre les propriétés du matériau, comme le poids moléculaire, la taille et la morphologie des nanoparticules de polymère, puis relier cela à la sortie optique que nous lisons de l’IA ». Le co-chercheur principal Nicholas Abbott, Professeur à l’Université Tisch à la Smith School, apportera son expertise en cristaux liquides et le co-chercheur principal Fengqi You, professeur Roxanne E. et Michael J. Zak en génie des systèmes énergétiques, son expertise en IA. Selon Rong Yang, en cas de succès, la recherche générerait non seulement de nouvelles approches cybernétiques de la fabrication, mais révolutionnerait éventuellement la façon dont les nanoparticules polymères et les nanomédicaments peuvent être fabriqués. Pour lui, ce type de fabrication pourrait également changer la production d’autres produits contenant des polymères, tels que les matériaux de construction. Elle déclare : « Imaginez que tout le monde prenne une version légèrement différente d’une pilule, fabriquée sur place pour avoir une médecine personnalisée. Une caractérisation et une rétroaction rapides dans le processus de synthèse pourraient ouvrir toutes ces possibilités qui n’existaient pas auparavant ». Les autres co-chercheurs principaux de la subvention comprennent Allison Godwin, qui vient de rejoindre l'Université Cornell, Professeure agrégée à la Smith School, et Jan Genzer, Professeur de génie chimique et biomoléculaire à la North Carolina State University.

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