Le patch, qui peut être plié autour des outils chirurgicaux, peut un jour être utilisé en chirurgie robotique pour réparer les tissus et les organes – Technoguide

Aujourd’hui, de nombreuses chirurgies sont effectuées via des procédures mini-invasives, dans lesquelles une petite incision est pratiquée et des caméras miniatures et des outils chirurgicaux sont insérés 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 mini-invasifs et administré par les voies respiratoires, les intestins et d’autres espaces étroits, pour soigner les blessures internes. Le patch ressemble à un film pliable en forme de papier lorsqu’il est sec. Une fois qu’il entre en contact avec des tissus ou des organes humides, il se transforme en un 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 des fluides corporels. Au fil du temps, le patch peut se biodégrader en toute sécurité. L’équipe a publié ses résultats dans la revue Advanced Materials.

Les chercheurs travaillent avec des cliniciens et des chirurgiens pour optimiser la conception à des fins chirurgicales, et ils envisagent que le nouveau bioadhésif pourrait être administré via des outils chirurgicaux mini-invasifs, actionnés par un chirurgien directement ou à distance via un robot médical.

“La chirurgie mini-invasive et la chirurgie robotique sont de plus en plus adoptées, car elles diminuent les traumatismes et accélèrent la récupération liée à la chirurgie ouverte. Cependant, le scellement des plaies internes est difficile dans ces chirurgies”, explique Xuanhe Zhao, professeur de génie mécanique et de génie civil et ingénierie environnementale 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 clinique Mayo de Rochester, Minnesota. “Cela pourrait être utilisé pour réparer une perforation d’une coloscopie, ou pour 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 ouverte, on pourrait aller de l’intérieur pour administrer 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 du MIT.

Protection en couches

Les bioadhésifs actuellement utilisés dans les chirurgies mini-invasives sont disponibles principalement sous forme de liquides et de colles biodégradables qui peuvent être répandus sur les tissus endommagés. Cependant, lorsque ces colles se solidifient, elles peuvent se rigidifier sur la surface sous-jacente plus molle, créant un joint imparfait. Le sang et d’autres liquides biologiques peuvent également contaminer les colles, empêchant une adhérence réussie au site blessé. Les colles peuvent également se laver avant qu’une blessure ne soit complètement guérie et, après l’application, elles peuvent également provoquer une inflammation et la formation de tissus cicatriciels.

Compte tenu des limites des conceptions actuelles, l’équipe a cherché 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, résister à la contamination bactérienne et à une 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 qui est incorporé avec des composés appelés esters NHS. Lorsqu’il est en contact avec une surface humide, l’adhésif absorbe toute eau environnante et devient souple et extensible, moulant aux contours d’un tissu. Simultanément, les esters dans l’adhésif forment de fortes liaisons covalentes 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 l’adhésif en sandwich avec deux couches, chacune avec un effet protecteur différent. La couche inférieure est constituée d’un matériau enduit d’huile de silicone, qui agit pour lubrifier temporairement l’adhésif, 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 blessé, l’huile de silicone est expulsée, permettant à l’adhésif de se lier au tissu.

La couche supérieure de l’adhésif est constituée d’un film élastomère incrusté de polymères zwitterioniques, ou de chaînes moléculaires constituées d’ions positifs et négatifs qui agissent pour attirer les molécules d’eau environnantes vers la surface de l’élastomère. De cette manière, la couche tournée vers l’extérieur de l’adhésif forme une peau à base d’eau ou une 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», explique Yuk. “Vous luttez vraiment contre beaucoup de contaminants aléatoires et de fluides corporels sur le chemin de votre destination.”

Fit pour les robots

Dans une série de démonstrations, 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 du sang, pendant de longues périodes de temps.

Ils ont également utilisé des techniques inspirées de l’origami pour plier l’adhésif autour d’instruments couramment utilisés dans les chirurgies mini-invasives, comme un cathéter à ballonnet et une agrafeuse chirurgicale. Ils ont enfilé ces outils à travers des modèles animaux des principales voies respiratoires et vaisseaux, y compris la trachée, l’œsophage, l’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 des organes déchirés et n’ont trouvé aucun signe de contamination sur ou à proximité du site rapiécé jusqu’à un mois après son application.

Les chercheurs envisagent que le nouveau bioadhésif pourrait être fabriqué dans des configurations pré-pliées 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 pour surmonter les barrières de traduction en chirurgie robotique et faciliter l’adoption clinique plus large des matériaux bioadhésifs», déclare Wu.

Cette recherche a été soutenue, en partie, par la National Science Foundation.

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