THERAPEUTIC MAGNETIC MICROCARRIERS CHARACTERIZATION BY MEASURING MAGNETOPHORETIC ATTRIBUTES

RESUME Des micro/nano-robots sont consideres comme une approche prometteuse pour mener des interventions minimalement invasives. Nous avons propose d'integrer des nanoparticules magnetiques dans des agents therapeutiques ou de diagnostic afin de les controler magnetiquement. Un scanner d’imagerie par resonance magnetique (IRM) clinique modifie est utilise afin de fournir la force motrice qui permet a ces microporteurs magnetiques a naviguer dans le reseau vasculaire humain. En utilisant des sequences specifiques des gradients de resonance magnetique (MR) cette methode a ete validee dans des travaux de recherche anterieurs. Magnetophorese est le terme utilise pour decrire le fait qu'une particule magnetique modifie sa trajectoire sous l'influence d'une force magnetique tout en etant portee par un flux de fluide. Ce mouvement depend des caracteristiques de la particule magnetique, de sa forme geometrique, des attributs de l'ecoulement de fluide et d'autres facteurs. Dans notre methode proposee, les microporteurs magnetiques peuvent etre realises de differentes manieres, et donc leur reponse sera differente a la meme force magnetique et dans les memes conditions d'ecoulement de fluide. Le resultat du traitement therapeutique utilisant notre methode depend de la selection adequate des agents therapeutiques et/ou de diagnostic a utiliser. Le microporteur magnetique therapeutique et /ou de diagnostic choisi influe egalement sur le choix de la sequence des gradients magnetiques que meilleur se ajustement pour un traitement donne. Ce memoire de maitrise presente la conception d'un dispositif destine a evaluer les proprietes magnetophoretiques des agents microporteurs magnetiques therapeutiques et/ou de diagnostic. Une telle caracterisation est essentielle pour determiner les sequences optimales des gradients magnetiques pour devier leur trajectoire a travers des reseaux vasculaires relativement complexes dans le but d'atteindre un objectif predefini. Un dispositif microfluidique est fabrique pour valider la conception. Las vitesses magnetophoretiques sont mesurees et une methode de suivi simple est proposee. Les resultats des experiences preliminaires indiquent que, malgre certaines limitations, la technique proposee a le potentiel d’etre approprie pour caracteriser n'importe quel microporteur magnetique therapeutique et/ou de diagnostic contenant differents taux de nanoparticules magnetiques. ----------ABSTRACT Micro/nano robots are considered a promising approach to conduct minimally invasive interventions. We have proposed to embed magnetic nanoparticles in therapeutic or diagnostic agents in order to magnetically control them. A modified clinical Magnetic Resonance Imaging (MRI) scanner is used to provide the driving force that allows these magnetically embedded microcarriers to navigate the vascular human network. By using specific Magnetic Resonance (MR) gradient sequences this method has been validated in previous research works. Magnetophoresis is the term used to describe the fact that a magnetic particle changes its trajectory under the influence of a magnetic force while being carried by a fluid flow. This movement depends on the particle’s magnetic characteristics, the particle’s geometric shape, the fluid flow’s attributes and other factors. In our proposed method, magnetic microcarriers can be produced in several different ways, and so their response will differ to the same magnetic force and fluid flow conditions. The outcome of the therapeutic treatment using our method depends on the adequate selection of the therapeutic and/or diagnosis agents to be used. The selected therapeutic and/or diagnosis magnetic microcarrier also influences the selection of the MR gradient sequence that best fit for a given treatment. This master’s thesis presents the design of a device intended to assess the magnetophoretic properties of magnetic therapeutic microcarriers and/or diagnostic agents. Such characterization is essential for determining the optimal sequences of magnetic gradients to deflect their trajectory through relatively complex vascular networks in order to reach a pre-defined target. A microfluidic device was fabricated to validate the design. Magnetophoretic velocities are measured and a simple tracking method is proposed. The preliminary experimental results indicate that, despite some limitations, the proposed technique has the potential to be appropriate to characterize any drug and/or diagnosis magnetic microcarrier containing different magnetic nanoparticle content.