Dans une étude récente publiée dans Matériaux avancésles chercheurs ont développé des implants hydrogel biocompatibles et réactifs aux stimuli pour l'occlusion réversible des trompes de Fallope, offrant une contraception et prévenant l'endométriose (un tissu semblable à l'utérus se développe à l'extérieur de l'utérus).
Étude : Contraception mécanique réversible et traitement de l'endométriose à l'aide d'hydrogels sensibles aux stimuliCrédit photo : Ws Studio1985/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
Les trompes de Fallope sont essentielles à la fécondation, ce qui fait de la ligature des trompes une méthode contraceptive courante aux États-Unis, bien que plus de 10 % des femmes la regrettent en raison de complications ou du désir d'enfants.
La reconnexion est complexe et échoue souvent. Des alternatives comme le dispositif Essure ont rencontré des problèmes. Les hydrogels sensibles aux stimuli sont prometteurs pour l'occlusion tubaire réversible, offrant une contraception efficace et une prévention potentielle de l'endométriose en bloquant les menstruations rétrogrades (le sang menstruel reflue dans la cavité pelvienne). Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour améliorer leur efficacité, leur sécurité et leur réversibilité.
À propos de l'étude
Tous les produits chimiques, à l'exception du formol (ROTIHistofix 4 %, ROTH) et du réticulant acrylate diphotodégradable de poly(éthylène glycol) (PEGdiPDA), ont été obtenus auprès de Sigma-Aldrich. Le PEGdiPDA a été synthétisé et stocké dans l'obscurité.
Le N-(2-hydroxyéthyl)acrylamide (NHEA) purifié et le poly(éthylène glycol) diacrylate (PEGdiacrylate) ont été utilisés pour la préparation de l'hydrogel, injectés dans des tubes en Téflon, polymérisés et séchés. Des trompes de Fallope fraîches de SBZ Schlachtbetrieb Zürich AG ont été utilisées soit fraîches, soit stockées à -20 °C. Les cellules endométriales (12Z) et les matériaux de culture cellulaire proviennent d'Applied Biological Materials Inc (Abm).
Un liquide oviducte simulé (SOF) a été préparé en ajustant le pH à 7,2. Des mélanges maîtres d'hydrogels avec des monomères et des agents de réticulation spécifiques ont été stockés et utilisés pour créer des gels, qui ont ensuite été testés pour le gonflement dans le SOF.
Les spectres infrarouges à transformée de Fourier et la microscopie électronique à balayage (MEB) ont été utilisés pour l'analyse, tandis que la stabilité du gel a été testée dans le liquide péritonéal humain. Des mesures rhéologiques ont permis d'évaluer les propriétés viscoélastiques et la cinétique de dégradation.
Un modèle d'utérus imprimé en 3D a simulé l'insertion de gel à l'aide d'un hystéroscope. La cytotoxicité du gel a été testée avec des cellules fibroblastes dermiques humaines normales (NHDF) à l'aide d'un test de lactate déshydrogénase (LDH). Les études de faisabilité in vivo chez les porcelets ont impliqué l'implantation d'hydrogel et une surveillance de 21 jours.
Des tests de pression d'éclatement ont permis de mesurer l'efficacité de l'occlusion par hydrogel dans les trompes de Fallope. Les gels photolabiles et dégradables par thiol ont été dégradés à l'aide de solutions de lumière et de glutathion, respectivement.
L'analyse histologique et les expériences imitant la menstruation rétrograde avec des cellules endométriales et du sperme de verrat ont évalué le blocage de l'hydrogel. Les données ont été analysées statistiquement et présentées sous la forme de moyenne ± écart type.
Résultats de l'étude
L'occlusion fonctionnelle de la trompe de Fallope à l'aide d'hydrogels dégradables par stimuli bloque efficacement le passage des spermatozoïdes, des ovocytes et des cellules endométriales, inhibant ainsi la fécondation et empêchant la formation de bouchons endométriaux dans la cavité péritonéale.
Deux compositions distinctes mais chimiquement apparentées d'hydrogels dégradables par stimuli ont été étudiées. Les deux systèmes comprenaient principalement le sel de sodium de l'acide poly(2-acrylamido-2-méthyl-1-propanesulfonique) superabsorbant (PAMPS) et le poly(N-(2-hydroxyéthyl) acrylamide) (PNHEA).
Les PAMPS ont permis d'obtenir des taux de gonflement élevés, tandis que les monomères NHEA ont empêché un gonflement excessif et une instabilité. Deux hydrogels avec des mécanismes de dégradation différents, lumière versus réduction, ont été conçus à l'aide de différents agents de réticulation.
Des hydrogels photolabiles (PL-Gel) ont été formés avec un agent de réticulation à base de PEG, le PEGdiPDA, dans un mélange à 40 % en poids de PAMPS et de PNHEA. Ces hydrogels se sont dégradés sous irradiation lumineuse (λ = 365 nm) en 30 minutes.
Des hydrogels dégradables au thiol (TD-Gels) ont été formés à l'aide d'un agent de réticulation disulfure, le BAC, dans un mélange de PAMPS et de NHEA à 25 % en poids et se sont dégradés en 30 minutes lorsqu'ils ont été exposés au glutathion biocompatible (GSH). Les deux hydrogels ont été conçus pour se dégrader dans un délai cliniquement pertinent, garantissant une application pratique pour le blocage tubaire réversible.
La mise en place de l'hydrogel a été évaluée à l'aide d'une application similaire à la mise en place chirurgicale du dispositif Essure. Des hydrogels souples ont été formés, séchés et insérés dans la trompe de Fallope à l'aide d'un hystéroscope.
Au contact des tissus, les hydrogels gonflent et bloquent la trompe en quelques heures. Si l'on souhaite inverser le blocage de la trompe, ces hydrogels peuvent être dégradés à l'aide de lumière ou de fluides contenant des thiols.
La capacité de gonflement in situ et la cinétique des hydrogels ont été estimées en les immergeant dans du SOF. Le plateau de gonflement a été atteint en 4 à 6 heures, avec des ratios de gonflement finaux de 12 (PL-Gel) et 16 (TD-Gel).
L'équilibre de gonflement plus élevé des TD-Gels est dû à leur fraction pondérale en polymère et à leur concentration en agent de réticulation plus faibles. La stabilité à long terme des hydrogels a été démontrée en les incubant dans du liquide péritonéal humain et du SOF, montrant qu'ils sont restés intacts pendant plus de six mois.
L'analyse rhéologique a évalué les propriétés viscoélastiques et la cinétique de dégradation des hydrogels. Les modules de stockage des hydrogels étaient comparables à ceux des tissus des trompes de Fallope porcines, ce qui indique l'absence de distorsion significative due au gonflement. Les PL-Gels ont montré une cinétique de dégradation plus rapide lorsqu'ils étaient gonflés, ce qui est avantageux pour l'application clinique.
La cytocompatibilité a été évaluée à l'aide d'un test de libération de LDH avec des cellules fibroblastes, montrant une cytotoxicité négligeable des hydrogels et de leurs produits de dégradation. L'analyse histologique des trompes de Fallope porcines après implantation in vivo pendant trois semaines a montré une bonne compatibilité tissulaire et aucun dommage ou déformation significatif.
L'application chirurgicale a été simulée sur un modèle d'utérus à échelle humaine, démontrant avec succès l'insertion des hydrogels à l'aide de techniques gynécologiques courantes. L'échographie a confirmé le blocage efficace des trompes de Fallope.
Les tests de pression d’éclatement ont montré que les hydrogels entièrement gonflés bloquaient efficacement les trompes de Fallope, résistant à des pressions nettement supérieures aux pressions physiologiques normales.
Des expériences in vitro ont démontré le potentiel des hydrogels à prévenir les menstruations rétrogrades et le passage des spermatozoïdes, montrant qu'aucune cellule ou spermatozoïde ne pouvait passer à travers les trompes de Fallope bloquées.
Conclusions
Pour résumer, ce travail a proposé des matériaux polymères avec une dégradation déclenchable à la demande pour une occlusion réversible des trompes de Fallope par gonflement comme contraceptif non hormonal et option mécanique pour prévenir la migration des cellules endométriales.
Les hydrogels sensibles aux stimuli ont démontré des propriétés de gonflement et de viscoélasticité favorables, une occlusion complète sous des pressions physiologiques, une faible rigidité et une cytotoxicité négligeable.
L'analyse histologique des trompes de Fallope bloquées dans un modèle de porcelet n'a montré aucun dommage, indiquant un faible risque de fibrose. La dégradation a été réalisée à l'aide de liaisons croisées photolabiles ou dégradables par thiol.
Les hydrogels ont empêché le passage des cellules endométriales et ont montré un contact ferme avec les trompes de Fallope sans effets indésirables. Ces matériaux offrent un contraceptif réversible prometteur et un traitement potentiel de l'endométriose.
