Vue agrandie du dessous d'un patch microneedle. Le patch utilisé dans notre étude était de 1,0 cm x 1,0 cm avec un réseau d'aiguilles de 11 x 11, mais la taille du patch et le nombre d'aiguilles peuvent être personnalisés. Crédit :Institut Terasaki pour l'innovation biomédicale
Le liquide interstitiel est un composant majeur de l'environnement liquide dans le corps et remplit les espaces entre les cellules du corps. En revanche, le sang ne circule que dans les vaisseaux circulatoires du corps et est composé de cellules sanguines et de la partie liquide du sang, plasma. Les deux fluides contiennent des composants spéciaux appelés biomarqueurs, qui sont de précieux indicateurs de la santé corporelle. Ces biomarqueurs comprennent divers types de molécules telles que des protéines, hormones ou ADN, et peut également inclure des médicaments et des métabolites.
Lors du suivi de la santé du patient, la source standard pour la mesure des biomarqueurs est le sang. Les prélèvements sont effectués par ponction veineuse, le plus souvent de l'avant-bras ou des veines de la main. Parfois, il y a des problèmes de prélèvement sanguin lorsque les veines sont sujettes à l'effondrement, ou lorsqu'ils sont très petits ou difficiles à localiser. D'autres problèmes encore peuvent survenir lorsque les veines "roulent" ou se déplacent d'un côté à l'autre. Et comme dans toute procédure impliquant une blessure à la peau, il y a toujours un risque d'infection qui est introduit. Les problèmes sont aggravés lorsque les patients doivent soumettre plusieurs échantillons au fil du temps.
Afin de contourner ces problèmes, et d'améliorer le suivi de la santé des patients, les scientifiques se sont tournés vers des sources alternatives pour obtenir des échantillons pour les tests de biomarqueurs. Le liquide interstitiel est un choix idéal à cette fin. Il offre un avantage par rapport au sang en étant un réservoir pour certains médicaments spécifiques à un site et des médicaments dans un état plus actif. Et c'est une riche source de biomarqueurs, métabolites et médicaments thérapeutiques, trouvé en abondance juste en dessous de la couche la plus externe de la peau. Pour ces raisons, les chercheurs ont imaginé des moyens d'accéder à cette source.
Une méthode sur laquelle on s'est récemment concentré est l'utilisation de patchs micro-aiguilles. Ces patchs sont fabriqués à partir de matériaux absorbant les liquides qui sont moulés en patch, avec un réseau de micro-aiguilles minuscules d'environ 600 micromètres de long, environ la longueur d'un grain de sel. Le patch est ensuite appliqué directement sur la peau pendant une durée déterminée, le liquide interstitiel est aspiré dans le patch, et le patch est ensuite retiré et traité pour collecter le fluide.
Représentation schématique du processus d'extraction à l'aide du patch microneedle. A) Le patch microneedle est appliqué sur la peau. B) Coupe transversale de la couche externe de la peau avec le liquide interstitiel et les métabolites (cercles) en dessous. Le patch est pressé contre la peau, les aiguilles pénètrent dans la couche interstitielle et le fluide est absorbé dans les aiguilles. C) Le patch est retiré et placé dans un tube avec de l'eau déminéralisée. Les métabolites diffusent dans l'eau et le tube est centrifugé pour séparer les aiguilles. Crédit :laboratoire Khademhosseini
Une équipe de recherche dirigée par Ali Khademhosseini, Doctorat., le directeur et chef de la direction de l'Institut Terasaki, qui était auparavant directeur de l'Université de Californie, Los Angeles (UCLA) Center for Minimally Invasive Therapeutics, ont conçu un tel patch et optimisé les conditions de ses performances. Ce patch micro-aiguille utilise un gel composé d'une substance appelée gélatine méthacryloyle (GelMA), un hydrogel avec des capacités hautement absorbantes et une force démontrable. Cette substance a été choisie pour ces qualités par rapport à d'autres matériaux en usage antérieur, ainsi que pour sa biocompatibilité et sa capacité à adapter sa composition pour optimiser les performances.
Le gel a été moulé en un patch avec un réseau de micro-aiguilles en gel solide sur une face. L'équipe Terasaki a effectué des tests approfondis pour déterminer la concentration de gel optimale, degré de réticulation du gel et temps de réticulation nécessaire pour produire un patch qui offre les meilleures propriétés d'absorption, la force de l'aiguille et la pénétration de la peau. L'efficacité des capacités fluidiques du patch gel élimine également le besoin de fabrication d'aiguilles creuses, ce qui simplifie la production.
L'équipe a effectué des études comparatives des taux de médicament et de glucose mesurés à partir d'échantillons extraits avec le patch GelMA par rapport au sang prélevé par des moyens conventionnels et les résultats étaient hautement comparables. Il y avait également une amélioration du volume de fluide collecté avec le patch GelMA par rapport aux autres patchs à micro-aiguille.
« Il est important de prélever des échantillons de patients de manière non invasive, en particulier à l'ère du COVID, " dit le Dr Khademhosseini. " Nous sommes enthousiasmés par les micro-aiguilles développées ici, car ils ouvrent des moyens rapides de collecter des échantillons de patients d'une manière simple et indolore."
Le patch GelMA développé par l'Institut Terasaki offre une amélioration de la conception, rentabilité facilité de production, et commodité; ses qualités uniques ont récemment fait l'objet d'une couverture dans un récent numéro de Petit .
