Certaines blessures ne guérissent tout simplement pas. Les infections, les maladies comme le diabète et les systèmes immunitaires affaiblis se cumulent souvent pour ralentir la guérison. Les plaies chroniques peuvent durer des mois et conduire à l’anxiété et à la dépression. Dans le pire des cas, ils mettent la vie en danger. Le coût du traitement a grimpé à 25 milliards de dollars chaque année.
Jusqu’à présent, cependant, les solutions pour traiter les plaies chroniques étaient rares, mais des chercheurs de l’Université de Stanford rapportent maintenant qu’ils ont développé un pansement intelligent sans fil qui s’est révélé prometteur pour accélérer la réparation des tissus en surveillant le processus de cicatrisation et en traitant le blesser simultanément. Les chercheurs disent dans un article publié le 24 novembree dans Biotechnologie naturelle que leur appareil favorise une fermeture plus rapide des plaies, augmente le nouveau flux sanguin vers les tissus blessés et améliore la récupération de la peau en réduisant considérablement la formation de cicatrices.
Le bandage intelligent est composé de circuits sans fil qui utilisent des capteurs d’impédance/température pour surveiller la progression de la cicatrisation des plaies. Si la plaie est moins cicatrisée ou si une infection est détectée, les capteurs informent une unité centrale de traitement d’appliquer davantage de stimulation électrique sur le lit de la plaie pour accélérer la fermeture des tissus et réduire l’infection. Les chercheurs ont pu suivre les données du capteur en temps réel sur un téléphone intelligent, le tout sans avoir besoin de fils.
Merveille d’ingénierie
La couche électronique, comprenant une unité de microcontrôleur (MCU), une antenne radio, une mémoire, un stimulateur électrique, des biocapteurs et d’autres composants, ne mesure que 100 microns d’épaisseur, soit environ l’épaisseur d’une seule couche de peinture au latex.
Tous ces circuits reposent sur un hydrogel intelligemment conçu ; un polymère caoutchouteux ressemblant à de la peau ; qui est intégré à la fois pour fournir une stimulation électrique de guérison au tissu blessé et pour collecter des données de biocapteur en temps réel.
Le polymère de l’hydrogel est soigneusement conçu pour adhérer solidement à la surface de la plaie en cas de besoin, tout en se retirant proprement et doucement sans endommager la plaie lorsqu’il est réchauffé à quelques degrés au-dessus de la température corporelle (40°C/104°F).
En scellant la plaie, le bandage intelligent protège tout en cicatrisant. Mais ce n’est pas un outil passif. C’est un dispositif de cicatrisation actif qui pourrait transformer la norme de soins dans le traitement des plaies chroniques. »
Yuanwen Jiang, co-premier auteur de l’étude et chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Zhenan Bao, professeur KK Lee en génie chimique à la Stanford School of Engineering
Il a déjà été rapporté que la stimulation électrique, également connue sous le nom de galvanotaxie, accélère la migration des kératinocytes vers le site de la plaie, limite les infections bactériennes et empêche le développement de biofilms sur les surfaces de la plaie, pour favoriser de manière proactive la croissance des tissus et aider à la réparation des tissus. Les chercheurs ont pu utiliser cette technologie bien étudiée et l’intégrer à des données de biocapteurs en temps réel pour fournir une nouvelle modalité de traitement automatisée informée par des biocapteurs.
Les capacités de biodétection du bandage intelligent surveillent les changements biophysiques dans l’environnement local, fournissant un moyen en temps réel, rapide, robuste et extrêmement précis de mesurer l’état de la plaie. Techniquement parlant, le bandage intelligent détecte les changements de conductivité et de température dans la peau au fur et à mesure que la plaie guérit ; l’impédance électrique augmente à mesure que les plaies guérissent et les températures locales diminuent à mesure que l’inflammation diminue. « Avec la stimulation et la détection dans un seul appareil, le bandage intelligent accélère la guérison, mais il suit également l’amélioration de la plaie », déclare Artem Trotsyuk, également co-premier auteur de l’étude qui a terminé ses travaux de troisième cycle dans le laboratoire de Geoffrey. Gurtner, MD, anciennement professeur émérite de chirurgie Johnson & Johnson à la Stanford School of Medicine, et actuellement président du département de chirurgie et professeur de génie biomédical à l’Université de l’Arizona à Tucson. « Nous pensons que cela représente une nouvelle modalité qui permettra une nouvelle découverte biologique et l’exploration d’hypothèses auparavant difficiles à tester sur le processus de guérison humaine. »
Des résultats bienvenus, de nouvelles orientations
Les chercheurs ont poussé leur étude un peu plus loin, s’aventurant à comprendre pourquoi et comment la stimulation électrique guérit la plaie plus rapidement. Ils croient maintenant que la stimulation électrique favorise l’activation de gènes pro-régénératifs tels que Sélénope, un gène anti-inflammatoire qui aide à éliminer les agents pathogènes et à réparer les plaies, et Apoé, qui a été montré pour augmenter la croissance des muscles et des tissus mous. De même, la stimulation électrique a augmenté la quantité de populations de globules blancs, à savoir les monocytes et les macrophages, grâce au recrutement de plus grandes quantités de macrophages anti-inflammatoires M2, qui ont été précédemment signalés comme pro-régénératifs et jouant un rôle clé dans la formation de la matrice extracellulaire. nécessaire pendant les phases prolifératives de la cicatrisation.
Les chercheurs avertissent que le bandage intelligent est, pour l’instant, une preuve de concept, bien que prometteuse. De nombreux défis subsistent cependant. Il s’agit notamment d’augmenter la taille de l’appareil à l’échelle humaine, de réduire les coûts et de résoudre les problèmes de stockage de données à long terme – tous nécessaires pour passer à la production de masse en cas de besoin et d’opportunité. De même, il existe potentiellement de nouveaux capteurs non intégrés actuellement qui pourraient être ajoutés, tels que ceux qui mesurent les métabolites, les biomarqueurs et le pH. Et il existe certains obstacles potentiels à l’utilisation clinique, tels que le rejet d’hydrogel, dans lequel la peau peut réagir à l’appareil et créer une mauvaise combinaison gel-peau, ou l’encrassement biologique des capteurs, ce qui peut provoquer une irritation.
Malgré ces obstacles, les chercheurs vont de l’avant et restent optimistes quant au potentiel de leur bandage intelligent pour donner de l’espoir aux patients souffrant de plaies chroniques.
Co-premiers auteurs de Stanford : Yuanwen Jiang est stagiaire postdoctoral au sein du groupe Bao ; Artem Trotsyuk est un ancien étudiant diplômé du Gurtner Lab; Simiao Niu est un ancien chercheur postdoctoral du groupe Bao.
