De nombreuses interventions chirurgicales sont aujourd'hui effectuées via des procédures mini-invasives, dans lequel une petite incision est pratiquée et des caméras miniatures et des outils chirurgicaux sont enfilés dans le corps pour éliminer les tumeurs et réparer les tissus et organes endommagés. Le processus entraîne moins de douleur et des temps de récupération plus courts par rapport à la chirurgie ouverte.

Bien que de nombreuses procédures puissent être effectuées de cette manière, les chirurgiens peuvent faire face à des défis à une étape importante du processus :le scellement des plaies internes et des déchirures.

S'inspirant de l'origami, Les ingénieurs du MIT ont maintenant conçu un patch médical qui peut être plié autour d'outils chirurgicaux peu invasifs et administré par les voies respiratoires, intestins, et autres espaces étroits, pour réparer les blessures internes. Le patch ressemble à un pliable, film semblable à du papier lorsqu'il est sec. Une fois qu'il entre en contact avec des tissus ou des organes humides, il se transforme en gel extensible, semblable à une lentille de contact, et peut coller à un site blessé.

Contrairement aux adhésifs chirurgicaux existants, le nouveau ruban de l'équipe est conçu pour résister à la contamination lorsqu'il est exposé à des bactéries et à des fluides corporels. Heures supplémentaires, le patch peut se biodégrader en toute sécurité. L'équipe a publié ses résultats dans la revue Matériaux avancés .

Les chercheurs travaillent avec des cliniciens et des chirurgiens pour optimiser la conception à usage chirurgical, et ils envisagent que le nouveau bioadhésif pourrait être délivré via des outils chirurgicaux mini-invasifs, opéré par un chirurgien soit directement, soit à distance via un robot médical.

« La chirurgie mini-invasive et la chirurgie robotique sont de plus en plus adoptées, car ils diminuent les traumatismes et accélèrent la récupération liée à la chirurgie ouverte. Cependant, le scellement des plaies internes est difficile dans ces chirurgies, " dit Xuanhe Zhao, professeur de génie mécanique et de génie civil et environnemental au MIT.

"Cette technologie de patch couvre de nombreux domaines, " ajoute le co-auteur Christoph Nabzdyk, anesthésiste cardiaque et médecin de soins intensifs à la Mayo Clinic à Rochester, Minnesota. "Cela pourrait être utilisé pour réparer une perforation d'une coloscopie, ou sceller des organes solides ou des vaisseaux sanguins après un traumatisme ou une intervention chirurgicale élective. Au lieu d'avoir à effectuer une approche chirurgicale entièrement ouverte, on pourrait aller de l'intérieur pour délivrer un patch pour sceller une plaie au moins temporairement et peut-être même à long terme."

Les co-auteurs de l'étude comprennent les auteurs principaux Sarah Wu et Hyunwoo Yuk, et Jingjing Wu au MIT.

Protection en couches

Les bioadhésifs actuellement utilisés dans les chirurgies mini-invasives sont principalement disponibles sous forme de liquides et de colles biodégradables qui peuvent être étalés sur les tissus endommagés. Lorsque ces colles se solidifient, cependant, ils peuvent se raidir sur la surface sous-jacente plus douce, créant un joint imparfait. Le sang et d'autres fluides biologiques peuvent également contaminer les colles, empêchant une adhérence réussie au site lésé. Les colles peuvent également disparaître avant qu'une blessure ne soit complètement guérie, et, après application, ils peuvent également provoquer une inflammation et la formation de tissu cicatriciel.

Compte tenu des limites des conceptions actuelles, l'équipe visait à concevoir une alternative qui répondrait à trois exigences fonctionnelles. Il doit pouvoir coller à la surface humide d'un site blessé, éviter de se lier à quoi que ce soit avant d'atteindre sa destination, et une fois appliqué sur un site blessé, il résiste à la contamination bactérienne et à l'inflammation excessive.

La conception de l'équipe répond aux trois exigences, sous la forme d'un patch à trois couches. La couche intermédiaire est le principal bioadhésif, fabriqué à partir d'un matériau hydrogel incrusté de composés appelés esters NHS. En cas de contact avec une surface humide, l'adhésif absorbe l'eau environnante et devient souple et extensible, moulant aux contours d'un tissu. Simultanément, les esters dans l'adhésif forment des liaisons covalentes fortes avec des composés sur la surface du tissu, créant un joint étanche entre les deux matériaux. La conception de cette couche intermédiaire est basée sur des travaux antérieurs du groupe de Zhao.

L'équipe a ensuite pris en sandwich l'adhésif avec deux couches, chacun avec un effet protecteur différent. La couche inférieure est constituée d'un matériau enduit d'huile de silicone, qui agit pour lubrifier temporairement la colle, l'empêchant de coller à d'autres surfaces lorsqu'il se déplace à travers le corps. Lorsque l'adhésif atteint sa destination et est légèrement pressé contre un tissu lésé, l'huile de silicone est extraite, permettant à l'adhésif de se lier au tissu.

La couche supérieure de l'adhésif est constituée d'un film élastomère noyé dans des polymères zwitterioniques, ou des chaînes moléculaires constituées d'ions positifs et négatifs qui agissent pour attirer les molécules d'eau environnantes à la surface de l'élastomère. De cette façon, la couche tournée vers l'extérieur de l'adhésif forme une peau à base d'eau, ou barrière contre les bactéries et autres contaminants.

« En chirurgie mini-invasive, vous n'avez pas le luxe d'accéder facilement à un site pour appliquer un adhésif, " Yuk dit. " Vous combattez vraiment beaucoup de contaminants aléatoires et de fluides corporels sur le chemin de votre destination. "

Fit pour les robots

Dans une série de manifestations, les chercheurs ont montré que le nouveau bioadhésif adhère fortement aux échantillons de tissus animaux, même après avoir été immergé dans des béchers de liquide, y compris le sang, pendant de longues périodes.

Ils ont également utilisé des techniques inspirées de l'origami pour plier l'adhésif autour des instruments couramment utilisés dans les chirurgies mini-invasives, comme un cathéter à ballonnet et une agrafeuse chirurgicale. Ils ont enfilé ces outils dans des modèles animaux des principaux vaisseaux et voies respiratoires, y compris la trachée, œsophage, aorte, et les intestins. En gonflant le cathéter à ballonnet ou en appliquant une légère pression sur l'agrafeuse, ils ont pu coller le patch sur des tissus et organes déchirés, et n'a trouvé aucun signe de contamination sur ou à proximité du site réparé jusqu'à un mois après son application.

Les chercheurs envisagent que le nouveau bioadhésif pourrait être fabriqué dans des configurations prépliées que les chirurgiens peuvent facilement adapter autour d'instruments mini-invasifs ainsi que sur des outils actuellement utilisés en chirurgie robotique. Ils cherchent à collaborer avec des concepteurs pour intégrer le bioadhésif dans des plateformes de chirurgie robotique.

"Nous pensons que la nouveauté conceptuelle dans la forme et la fonction de ce patch représente une étape passionnante vers le dépassement des barrières translationnelles en chirurgie robotique et la facilitation d'une adoption clinique plus large des matériaux bioadhésifs, " dit Wu.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.