Nouvel hydrogel chargé de tantale pour un contrôle rapide des saignements excessifs

Il existe de nombreux événements différents qui peuvent entraîner des saignements excessifs et incontrôlés dans le corps. Cela peut survenir à la suite d’une inflammation et d’ulcérations, d’anomalies des vaisseaux sanguins ou de blessures liées à un traumatisme. Les personnes ayant des conditions prédisposantes, comme les patients cardiaques, sont particulièrement exposées au risque d’hémorragie interne en raison des anticoagulants qui leur sont souvent prescrits à titre préventif. Ils sont également sujets aux hémorragies gastro-intestinales, touchant 40% des patients sous assistance cardiaque. En plus de la nécessité d’un traitement efficace pour ces conditions, il existe également des indications pour contrôler le flux sanguin qui contribuent aux anévrismes et à la vascularisation des cellules tumorales.

Une méthode de traitement idéale bloquerait rapidement et efficacement la rupture des vaisseaux sanguins affectés pour arrêter le saignement et permettre à la paroi du vaisseau de guérir. Ensuite, le matériau de blocage finirait par se dégrader suffisamment pour permettre au sang de circuler à nouveau normalement.

Les traitements actuels impliquent à la fois des matériaux solides et liquides comme agents de blocage. Des bobines faites de fils tressés en platine ou en acier inoxydable sont couramment utilisées. Ils viennent dans une variété de longueurs, de formes et d’épaisseurs et sont placés dans les vaisseaux sanguins à l’aide d’un cathéter spécial. Il existe également des agents bloquants liquides qui sont injectés dans les vaisseaux sanguins et se solidifient après l’injection.

Mais les méthodes actuelles posent de nombreuses difficultés. Parce que les bobines nécessitent des cathéters spéciaux pour l’insertion et un équipement spécialisé pour les détacher et les placer, la procédure est difficile et nécessite une formation intensive du médecin. De plus, il y a des moments où plusieurs bobines doivent être placées pour être efficaces, et il y a d’autres moments où les bobines migrent ou se compactent, nécessitant des procédures répétées. Les agents liquides fuient souvent pendant les injections, ce qui entraîne un placement imprécis, des effets toxiques sur les tissus environnants et la nécessité de tentatives supplémentaires. Ces problèmes augmentent le potentiel de temps et de coût supplémentaires.

En outre, aucune de ces méthodes n’a la capacité de visualiser avec précision les procédures par des méthodes conventionnelles de tomodensitométrie, d’IRM, de rayons X et de fluoroscopie. Une imagerie réussie aiderait grandement à guider le placement et à surveiller le bloc de vaisseaux sanguins au fil du temps.

Une étude antérieure des auteurs a utilisé des matières gélatineuses peu coûteuses appelées hydrogels pour tenter de produire un matériau efficace pour contrôler l’hémorragie. En plus d’avoir une biocompatibilité supérieure et des propriétés élastiques et mécaniques ajustables, les hydrogels présentent également des capacités d’amincissement – la capacité de se déformer lors de l’injection puis de s’auto-récupérer rapidement et de se mouler pour s’adapter à l’espace souhaité; cela permet la livraison à l’aide de cathéters standard sans équipement spécialisé. Des disques de nanoplaquettes de silicate ont été mélangés dans l’hydrogel pour imiter la capacité de coagulation des cellules plaquettaires, et le composite résultant s’est avéré très efficace pour sceller les veines endommagées.

Une équipe collaborative de spécialistes en radiologie d’intervention clinique et de chercheurs en bio-ingénierie a poussé ce projet encore plus loin en ajoutant des particules d’imagerie fabriquées à partir d’un mélange d’hydrogel de tantale. Le tantale, un métal hautement biocompatible, s’est avéré sûr à utiliser dans les applications biomédicales et est excrété dans l’urine.

L’équipe composée de scientifiques de l’Institut Terasaki et de la Mayo Clinic a effectué divers tests pour déterminer la taille et la quantité optimales de particules de tantale à utiliser et leur effet sur les propriétés mécaniques du composite hydrogel. Ils ont également établi la formulation optimale pour les trois composants de leur nouveau gel composite. Leurs expériences ont déterminé que les particules de tantale se dispersaient bien dans le composite d’hydrogel, n’affectaient pas ses propriétés mécaniques et conservaient leur stérilité au fil du temps.

Un autre objectif ambitieux du projet était de réaliser leurs expériences de contrôle des hémorragies sur les artères, ce qui n’avait pas encore été fait avec des hydrogels. Cet effort a posé des défis supplémentaires, en raison de l’augmentation du débit sanguin et de la pression artérielle dans les artères, de leur grande variation de taille et de leur fragilité potentielle.

Après diverses expériences menées sur les vaisseaux artériels de modèles porcins anticoagulés vivants, l’équipe a obtenu des résultats positifs avec leur nouvel hydrogel composite lacé au tantale. Ils ont pu créer une étanchéité efficace contre les saignements dans les artères des porcs, avec un temps de déploiement 40 fois plus rapide qu’avec des serpentins. Le bloc artériel a également présenté une stabilité et une durabilité, restant en position sans migration pendant quatre semaines avant de se dégrader naturellement et d’être remplacé par une réparation du tissu conjonctif du vaisseau.

En raison du composant tantale dans le gel, les procédures artérielles et la surveillance des modèles animaux ont été effectuées avec une visualisation claire et en temps réel à l’aide de la tomodensitométrie, de la radioscopie aux rayons X et des ultrasons.

« Les résultats expérimentaux qui ont été observés dans notre gel chargé de tantale démontrent clairement son efficacité et sa polyvalence », a déclaré HanJun Kim, membre de l’équipe de l’Institut Terasaki. «Nous avons pu atteindre nos objectifs de pouvoir visualiser et placer avec précision un bloc stable dans un vaisseau artériel pour traiter rapidement une hémorragie intravasculaire incontrôlée.

L’équipe a ensuite mené des expériences supplémentaires pour tester la réversibilité du placement artériel du nouvel hydrogel et a constaté que leur bouchon artériel solidifié pouvait facilement être retiré à l’aide d’un cathéter à aspiration. Ils ont également réussi à obtenir un blocage artériel réussi en appliquant leur composite d’hydrogel sur des serpentins qui avaient été placés dans les vaisseaux et qui n’avaient pas réussi à obtenir ou à maintenir un blocage.

L’utilisation de ce gel chargé de tantale pour contrôler le saignement présente de nombreux avantages uniques par rapport aux méthodes actuelles. C’est une méthode sûre, facile à utiliser et rentable qui démontre une efficacité, une précision et une polyvalence optimales pour une variété d’applications médicales potentielles.

La méthode de traitement développée ici est une grande amélioration par rapport aux méthodes actuelles et elle a le potentiel d’affecter de nombreuses vies. C’est l’un des nombreux exemples du travail novateur et percutant que nous accomplissons dans notre institut. « 

Ali Khademhosseini, Ph.D., directeur et chef de la direction, Terasaki Institute