L'implantation d'un déviateur de flux semblable à un stent peut offrir une option pour un traitement moins invasif des anévrismes cérébraux - des renflements dans les vaisseaux sanguins - mais la procédure nécessite une surveillance fréquente pendant la guérison des vaisseaux. Maintenant, une équipe de recherche multi-universitaire a démontré la preuve de concept d'un capteur hautement flexible et extensible qui pourrait être intégré au dérivateur de flux pour surveiller l'hémodynamique dans un vaisseau sanguin sans procédures de diagnostic coûteuses.

Le capteur, qui utilise les changements de capacité pour mesurer le flux sanguin, pourrait réduire la nécessité d'effectuer des tests pour surveiller le débit à travers le dérivateur. Des chercheurs, dirigé par Georgia Tech, ont montré que le capteur mesure avec précision le débit de fluide dans les vaisseaux sanguins des animaux in vitro, et travaillent sur le prochain défi :un fonctionnement sans fil qui pourrait permettre des tests in vivo.

La recherche a été publiée le 18 juillet dans le journal ACS Nano et a été soutenu par plusieurs subventions de l'Institute for Electronics and Nanotechnology de Georgia Tech, l'Université de Pittsburgh et l'Institut coréen des sciences des matériaux.

"Le système de capteurs nanostructurés pourrait apporter des avantages aux patients, incluant un traitement moins invasif de l'anévrisme et une capacité de surveillance active, " a déclaré Woon-Hong Yeo, professeur adjoint à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering de Georgia Tech et au Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering. "Le système intégré pourrait fournir une surveillance active de l'hémodynamique après la chirurgie, permettant au médecin d'effectuer un suivi avec une mesure quantitative de l'efficacité du déviateur de débit dans le traitement."

Les anévrismes cérébraux surviennent chez jusqu'à cinq pour cent de la population, avec chaque anévrisme comportant un risque de rupture d'un pour cent par an, a noté Youngjae Chun, professeur agrégé à la Swanson School of Engineering de l'Université de Pittsburgh. La rupture d'anévrisme entraînera la mort chez jusqu'à la moitié des patients touchés.

La thérapie endovasculaire utilisant des bobines de platine pour remplir le sac anévrysmal est devenue la norme de soins pour la plupart des anévrismes, mais récemment, une nouvelle approche endovasculaire—un déflecteur de flux—a été développée pour traiter les anévrismes cérébraux. La dérivation du flux consiste à placer un stent poreux sur le col d'un anévrisme pour rediriger le flux loin du sac, générant des caillots sanguins locaux dans le sac.

"Nous avons développé un tissu hautement extensible, déviateur de flux hyper-élastique utilisant un nitinol en film mince hautement poreux, " expliqua Chun. " Aucun des dérivateurs de flux existants, cependant, fournir des quantitatifs, surveillance en temps réel de l'hémodynamique dans le sac de l'anévrisme cérébral. Grâce à la collaboration avec le groupe du Dr Yeo à Georgia Tech, nous avons développé un système de dérivation de débit intelligent qui peut surveiller activement les modifications du débit pendant et après la chirurgie. »

La réparation de l'artère endommagée prend des mois voire des années, au cours de laquelle le déviateur de flux doit être surveillé en utilisant la technologie de l'IRM et de l'angiographie, ce qui est coûteux et implique l'injection d'un colorant magnétique dans la circulation sanguine. Yeo et ses collègues espèrent que leur capteur pourrait fournir une surveillance plus simple dans un cabinet médical en utilisant une bobine inductive sans fil pour envoyer de l'énergie électromagnétique à travers le capteur. En mesurant comment la fréquence de résonance de l'énergie change lorsqu'elle passe à travers le capteur, le système pourrait mesurer les changements de flux sanguin dans le sac.

"Nous essayons de développer un système sans batterie, appareil sans fil extrêmement extensible et flexible qui peut être suffisamment miniaturisé pour être acheminé à travers les vaisseaux sanguins minuscules et complexes du cerveau, puis déployé sans dommage, " a déclaré Yeo. " C'est très difficile d'insérer un tel système électronique dans les vaisseaux sanguins étroits et profilés du cerveau. "

Le capteur utilise une micro-membrane constituée de deux couches métalliques entourant un matériau diélectrique, et s'enroule autour du déflecteur de flux. L'appareil ne fait que quelques centaines de nanomètres d'épaisseur, et est produit à l'aide de techniques de nanofabrication et d'impression par transfert de matière, encapsulé dans un matériau élastomère souple.

"La membrane est déviée par le flux à travers le déflecteur, et selon la force du courant, la différence de vitesse, la quantité de déflexion change, " Yeo a expliqué. "Nous mesurons la quantité de déflexion basée sur le changement de capacité, car la capacité est inversement proportionnelle à la distance entre deux couches métalliques."

Parce que les vaisseaux sanguins du cerveau sont si petits, les déviateurs de débit ne peuvent avoir plus de cinq à dix millimètres de long et quelques millimètres de diamètre. Cela exclut l'utilisation de capteurs conventionnels avec des circuits électroniques rigides et encombrants.

"Mettre des matériaux et des circuits fonctionnels dans quelque chose de cette taille est pratiquement impossible en ce moment, " a déclaré Yeo. " Ce que nous faisons est très difficile sur la base de matériaux conventionnels et de stratégies de conception. "

Les chercheurs ont testé trois matériaux pour leurs capteurs :l'or, le magnésium et l'alliage nickel-titane connu sous le nom de nitinol. Tout peut être utilisé en toute sécurité dans le corps, mais le magnésium offre la possibilité d'être dissous dans la circulation sanguine une fois qu'il n'est plus nécessaire.

Le capteur de preuve de principe a été connecté à un fil guide lors des tests in vitro, mais Yeo et ses collègues travaillent maintenant sur une version sans fil qui pourrait être implantée dans un modèle animal vivant. Alors que les capteurs implantables sont utilisés en clinique pour surveiller les vaisseaux sanguins abdominaux, l'application dans le cerveau crée des défis importants.

"Le capteur doit être complètement compressé pour le placement, il doit donc être capable de s'étirer à 300 ou 400 %, " a déclaré Yeo. " La structure du capteur doit être capable de supporter ce genre de manipulation tout en étant conformable et en se pliant pour s'adapter à l'intérieur du vaisseau sanguin. "