Les dispositifs implantables qui libèrent de l’insuline dans le corps sont prometteurs comme moyen alternatif de traiter le diabète sans injections d’insuline ni insertions de canules. Cependant, un obstacle qui a empêché leur utilisation jusqu’à présent est que le système immunitaire les attaque après l’implantation, formant une épaisse couche de tissu cicatriciel qui bloque la libération d’insuline.
Ce phénomène, connu sous le nom de réaction du corps étranger, peut également interférer avec de nombreux autres types de dispositifs médicaux implantables. Cependant, une équipe d’ingénieurs et de collaborateurs du MIT a maintenant trouvé un moyen de surmonter cette réponse. Dans une étude sur des souris, ils ont montré que lorsqu’ils incorporaient un actionnement mécanique dans un dispositif robotique souple, le dispositif restait fonctionnel beaucoup plus longtemps qu’un implant d’administration de médicament typique.
L’appareil est gonflé et dégonflé à plusieurs reprises pendant cinq minutes toutes les 12 heures, et cette déviation mécanique empêche les cellules immunitaires de s’accumuler autour de l’appareil, ont découvert les chercheurs.
« Nous utilisons ce type de mouvement pour prolonger la durée de vie et l’efficacité de ces réservoirs implantés qui peuvent délivrer des médicaments comme l’insuline, et nous pensons que cette plate-forme peut être étendue au-delà de cette application », déclare Ellen Roche, associée au développement de la carrière de la famille Latham. Professeur de génie mécanique et membre de l’Institute for Medical Engineering and Science du MIT.
Entre autres applications possibles, les chercheurs prévoient maintenant de voir s’ils peuvent utiliser l’appareil pour délivrer des cellules d’îlots pancréatiques qui pourraient agir comme un « pancréas bioartificiel » pour aider à traiter le diabète.
Roche est le co-auteur principal de l’étude, avec Eimear Dolan, une ancienne postdoc dans son laboratoire qui est maintenant membre du corps professoral de l’Université nationale d’Irlande à Galway. Garry Duffy, également professeur à NUI Galway, est un collaborateur clé sur le travail, qui apparaît dans Communication Nature. Les post-doctorants du MIT William Whyte et Debkalpa Goswami, ainsi que la chercheuse invitée Sophie Wang, sont les principaux auteurs de l’article.
La plupart des patients atteints de diabète de type 1, et certains atteints de diabète de type 2, doivent s’injecter de l’insuline quotidiennement. Certains patients utilisent des pompes à insuline portables fixées à la peau et qui délivrent de l’insuline par un tube inséré sous la peau, ou des patchs qui peuvent délivrer de l’insuline sans tube.
Depuis de nombreuses années, les scientifiques travaillent sur des dispositifs d’administration d’insuline qui pourraient être implantés sous la peau. Cependant, les capsules fibreuses qui se forment autour de ces dispositifs peuvent entraîner une défaillance du dispositif en quelques semaines ou mois.
Les chercheurs ont essayé de nombreuses approches pour empêcher la formation de ce type de tissu cicatriciel, notamment l’administration locale d’immunosuppresseurs. L’équipe du MIT a adopté une approche différente qui ne nécessite aucun médicament – ; au lieu de cela, leur implant comprend un dispositif robotique souple actionné mécaniquement qui peut être gonflé et dégonflé. Dans une étude de 2019, Roche et ses collègues (avec Dolan comme premier auteur) ont montré que ce type d’oscillation peut moduler la façon dont les cellules immunitaires voisines répondent à un dispositif implanté.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont voulu voir si cet effet immunomodulateur pouvait aider à améliorer l’administration de médicaments. Ils ont construit un dispositif à deux chambres en polyuréthane, un plastique qui a une élasticité similaire à la matrice extracellulaire qui entoure les tissus. L’une des chambres agit comme un réservoir de médicament et l’autre agit comme un actionneur souple et gonflable. À l’aide d’un contrôleur externe, les chercheurs peuvent stimuler l’actionneur pour qu’il se gonfle et se dégonfle selon un horaire précis. Pour cette étude, ils ont effectué l’actionnement toutes les 12 heures, pendant cinq minutes à la fois.
Cette activation mécanique éloigne les cellules immunitaires appelées neutrophiles, les cellules qui initient le processus qui conduit à la formation de tissu cicatriciel. Lorsque les chercheurs ont implanté ces dispositifs chez des souris, ils ont constaté qu’il fallait beaucoup plus de temps pour que le tissu cicatriciel se développe autour des dispositifs. Le tissu cicatriciel s’est finalement formé, mais sa structure était inhabituelle : au lieu des fibres de collagène enchevêtrées qui se sont accumulées autour des dispositifs statiques, les fibres de collagène entourant les dispositifs actionnés étaient plus fortement alignées, ce qui, selon les chercheurs, pourrait aider les molécules de médicament à traverser les tissus.
À court terme, nous constatons qu’il y a moins de neutrophiles entourant le dispositif dans les tissus, puis à long terme, nous constatons qu’il existe des différences dans l’architecture du collagène, ce qui peut être lié à la raison pour laquelle nous avons une meilleure administration du médicament tout au long des huit semaines. période de temps. »
Sophie Wang, auteure principale de l’étude et chercheuse invitée, Massachusetts Institute of Technology
Pour démontrer l’utilité potentielle de ce dispositif, les chercheurs ont montré qu’il pouvait être utilisé pour administrer de l’insuline à des souris. Le dispositif est conçu pour que l’insuline puisse s’infiltrer lentement à travers les pores du réservoir de médicament ou être libérée en une grande rafale contrôlée par l’actionneur.
Les chercheurs ont évalué l’efficacité de la libération d’insuline en mesurant les changements ultérieurs de la glycémie des souris. Ils ont constaté que chez les souris avec le dispositif actionné, l’administration efficace d’insuline était maintenue tout au long des huit semaines de l’étude. Cependant, chez les souris qui n’ont pas reçu d’actionnement, l’efficacité de l’administration a commencé à décliner après seulement deux semaines, et après huit semaines, presque aucune insuline n’a pu passer à travers la capsule fibreuse.
Les auteurs ont également créé une version à taille humaine de l’appareil, 120 millimètres sur 80 millimètres, et ont montré qu’il pouvait être implanté avec succès dans l’abdomen d’un cadavre humain.
« Il s’agissait d’une preuve de concept pour montrer qu’il existe une technique chirurgicale peu invasive qui pourrait potentiellement être utilisée pour un dispositif à plus grande échelle et à l’échelle humaine », a déclaré Goswami.
En collaboration avec Jeffrey Millman de la Washington University School of Medicine à St. Louis, les chercheurs prévoient maintenant d’adapter l’appareil afin qu’il puisse être utilisé pour délivrer des cellules pancréatiques dérivées de cellules souches qui détecteraient les niveaux de glucose et sécrèteraient de l’insuline lorsque le glucose est trop haut. Un tel implant pourrait éliminer la nécessité pour les patients de mesurer constamment leur glycémie et de s’injecter de l’insuline.
« L’idée serait que les cellules résident dans le réservoir et qu’elles agissent comme une usine à insuline », explique Roche. « Ils détecteraient les niveaux de glucose dans le sang et libéreraient ensuite de l’insuline en fonction de ce qui était nécessaire. »
D’autres applications possibles que les chercheurs ont explorées pour ce type de dispositif comprennent l’administration d’immunothérapie pour traiter le cancer de l’ovaire et l’administration de médicaments au cœur pour prévenir l’insuffisance cardiaque chez les patients qui ont eu des crises cardiaques.
« Vous pouvez imaginer que nous pouvons appliquer cette technologie à tout ce qui est gêné par une réponse à un corps étranger ou une capsule fibreuse, et avoir un effet à long terme », explique Roche. « Je pense que n’importe quel type de dispositif implantable d’administration de médicaments pourrait en bénéficier. »
La recherche a été financée en partie par la Science Foundation Ireland, la Juvenile Diabetes Research Foundation et les National Institutes of Health.
