Après une chirurgie des cordes vocales, de nombreux patients développent des cordes vocales raides qui affectent leur capacité à parler. Les hydrogels peuvent aider à prévenir cela en favorisant la guérison, mais il est difficile de les administrer aux cordes vocales. Publication le 29 octobre dans la revue Cell Press Appareilune équipe d'ingénieurs biomécaniques et de chirurgiens a développé un robot logiciel d'impression 3D capable de délivrer avec précision des hydrogels sur le site chirurgical des cordes vocales pour reconstruire les tissus retirés lors de l'intervention chirurgicale. La tête d'impression du robot ne mesure que 2,7 mm, soit la plus petite bio-imprimante signalée à ce jour.
« Notre appareil est conçu non seulement pour la précision et la qualité d'impression, mais également pour la convivialité du chirurgien », explique le premier auteur et ingénieur biomédical Swen Groen de l'Université McGill. « Sa conception compacte et flexible s'intègre aux flux de travail chirurgicaux standards et offre un contrôle manuel en temps réel dans un environnement de travail restreint. »
Entre 3 et 9 % des personnes développent des troubles de la voix au cours de leur vie en raison de kystes, de tumeurs ou de cancers des cordes vocales. Ces excroissances sont généralement retirées chirurgicalement, mais de nombreux patients développent une fibrose après la chirurgie, ce qui raidit les cordes vocales et rend l'élocution difficile. Pour prévenir la fibrose, les chirurgiens injectent généralement des hydrogels dans les tissus de la gorge, mais il est difficile de délivrer des hydrogels avec précision par injection.
Pour permettre une administration plus précise de l'hydrogel, les chercheurs ont entrepris de concevoir une imprimante 3D miniature pouvant être intégrée à la procédure chirurgicale. Des dispositifs de bio-impression similaires ont été conçus pour délivrer des hydrogels au côlon et au foie, mais ces dispositifs sont trop grands pour être utilisés lors d'une chirurgie des cordes vocales, qui est réalisée par la bouche ouverte du patient à l'aide d'un laryngoscope. Pour être compatible avec l'intervention chirurgicale, la tête d'impression devait être suffisamment petite pour tenir dans la gorge du patient sans obstruer la vue du chirurgien sur les cordes vocales.
Au début, je pensais que cela ne serait pas réalisable : fabriquer un robot flexible de moins de 3 mm me semblait un défi impossible. »
Luc Mongeau, auteur principal, ingénieur biomédical à l'Université McGill
Le design de l'appareil s'inspire des trompes d'éléphant. La tête d'impression se compose d'une buse située à l'extrémité d'un « tronc » flexible relié via des câbles en forme de tendon à un module de commande pouvant être monté sur un microscope chirurgical. L'appareil peut être contrôlé manuellement en temps réel et fonctionne en délivrant un hydrogel à base d'acide hyaluronique en lignes de 1,2 mm. Les chercheurs ont programmé ses mouvements pour qu'ils soient précis, exacts et reproductibles dans une plage de travail de 20 mm.
Pour démontrer la capacité de la tête d'impression à délivrer des hydrogels avec précision, les chercheurs l'ont utilisée pour « dessiner » manuellement des formes, notamment des spirales 2D, des formes de cœur et des lettres, sur une surface plane. Ensuite, ils ont utilisé l’appareil pour administrer des hydrogels à des cordes vocales simulées utilisées pour former les chirurgiens. L'appareil a pu reconstruire avec précision la géométrie des cordes vocales dans ces modèles, qui représentaient des défauts tissulaires, notamment une cavité laissée après l'ablation d'une lésion et une corde vocale nécessitant une reconstruction complète.
« Ce qui rend cet appareil si impressionnant, c'est en partie qu'il se comporte de manière prévisible, même s'il s'agit essentiellement d'un tuyau d'arrosage – et si vous avez déjà vu un tuyau d'arrosage, vous savez que lorsque vous commencez à y faire couler de l'eau, il devient fou », explique la coauteure Audrey Sedal, ingénieure biomédicale à l'Université McGill.
Actuellement, l'appareil est contrôlé manuellement, mais les chercheurs travaillent au développement d'un système combinant contrôle autonome et manuel.
« Nous essayons de traduire cela en clinique », explique Mongeau. « La prochaine étape consiste à tester ces hydrogels sur des animaux, et nous espérons que cela nous mènera à des essais cliniques sur des humains pour tester l'exactitude, la convivialité et les résultats cliniques de la bio-imprimante et de l'hydrogel. »
Cette recherche a été financée par les National Institutes of Health.
