Nouvelle méthode de remplissage pour traiter les anévrismes cérébraux

Les anévrismes cérébraux sont des malformations causées par des anomalies sur les parois des vaisseaux sanguins du cerveau. Lorsque ces vaisseaux sanguins se rompent, environ 30% des malades meurent sur place, ce qui leur donne l’étiquette légitime de «bombes à retardement dans la tête». Récemment, une équipe de recherche de POSTECH a mis au point un nouveau traitement qui permet de démonter ces bombes à retardement en remplissant l’anévrisme dans le sang avec une nouvelle méthode.

Afin de surmonter les lacunes de l’embolisation par coils, l’équipe de recherche commune de POSTECH (Professeur Joonwon Kim et Dr Jongkyeong Lim du Département de génie mécanique avec le Professeur Hyung Joon Cha et le candidat au doctorat Geunho Choi du Département de génie chimique) a a développé un nouveau matériau d’embolisation biocompatible structurellement stable qui ne se décompose pas dans le corps humain. En outre, un nouveau concept de thérapie d’anévrisme cérébral (dispositif de traitement) capable de former et de contrôler de manière stable le matériau sous forme de microfibres dans l’environnement intravasculaire a été présenté. Ces résultats de recherche ont été publiés en tant que document de couverture arrière de Matériaux avancés le 8 avril 2021.

La détection précoce des anévrismes cérébraux augmente en raison des examens médicaux périodiques. La méthode de traitement actuelle utilise l’embolisation par bobine, qui abaisse la direction et la pression du flux sanguin interne en remplissant l’anévrisme avec une bobine de platine avant sa rupture. Cependant, la chirurgie d’embolisation par spirale est un fardeau financier puisqu’elle nécessite de nombreuses spirales de platine (KRW 600 000 (550 USD) par spirale) proportionnelles à la taille de l’anévrisme. De plus, en raison de la structure fine du ressort de la bobine, l’anévrisme peut éclater pendant la chirurgie ou l’intérieur de l’anévrisme peut ne pas être complètement rempli. Il existe également d’autres problèmes dans lesquels la bobine peut être détachée de la zone affectée en raison de la recompression provoquée par le faible taux de remplissage après le fonctionnement.

Les hydrogels, qui répondent à divers stimuli tels que la température, le pH et la lumière, et présentent une résistance mécanique douce, ont attiré une grande attention en tant que matériau embolique qui peut remplir un anévrisme à un taux élevé. Parmi eux, les hydrogels photoréticulables sont considérés comme les plus adaptés à l’embolisation grâce à leur contrôle spatio-temporel aisé. Mais leur utilisation pratique est limitée. De plus, les matériaux en cours de développement pour l’embolisation d’anévrisme utilisent actuellement des concentrations élevées d’hydrogels synthétiques biologiquement inactifs qui sont toxiques et non biocompatibles.

Ceux-ci peuvent également provoquer un gonflement sévère du corps – conduisant souvent à des ruptures – et ont contrecarré leur commercialisation. De plus, les méthodes chirurgicales conventionnelles ne pouvaient pas être appliquées aux applications cliniques car il était impossible de produire et de contrôler des hydrogels en utilisant la lumière dans un environnement intravasculaire, qui a une structure géométrique tortueuse et une absorbance élevée.

L’équipe de recherche dirigée par le professeur Hyung Joon Cha du département de génie chimique a proposé un hydrogel à base d’alginate dérivé d’algues qui peut être double réticulé en tant que nouveau matériau pour l’embolisation d’anévrisme. Ce nouveau matériau embolique présente une excellente biocompatibilité et utilise l’effet synergique de la réticulation covalente rapide par irradiation avec la lumière visible inoffensive et de la réticulation ionique à l’aide d’ions calcium présents dans le sang.

De plus, étant donné qu’aucune enzyme dégradante n’existe dans le corps humain, elle ne se dégrade pas et présente une stabilité structurelle exceptionnelle sans gonflement. Cela peut remplir l’anévrisme en toute sécurité et efficacement et empêcher la rupture avec succès. Puisqu’il est possible de monter un produit de contraste, il présente une radio-opacité de sorte que le matériau embolique appliqué par CT ou IRM peut être surveillé en continu pendant une longue période.

L’équipe de recherche dirigée par le professeur Joonwon Kim du département de génie mécanique a développé un dispositif microfluidique avec une fibre optique intégrée. Cet appareil est un nouveau concept de dispositif chirurgical qui peut produire et contrôler de manière stable des hydrogels photoréticulables sous forme de microfibres dans un environnement intravasculaire extrême, qui a une structure géométrique tortueuse et une absorbance élevée.

Les microfibres d’hydrogel à base d’alginate à double réticulation produites et contrôlées dans ces dispositifs microfluidiques peuvent remplir de manière sûre et uniforme les anévrismes. Au cours de cette étape, les microfibres s’entrelacent les unes avec les autres pour former une masse pour empêcher l’écoulement de fluide de pénétrer dans l’anévrisme et maintenir la forme structurelle et une résistance mécanique constante sans dissociation, même dans l’environnement pulsé après la chirurgie. Cela minimise une réapparition de la pression à l’intérieur de l’anévrisme ou sa rupture.

Cette recherche est la première au monde à développer un nouveau matériau d’embolisation qui peut être biocompatible sans effets secondaires et être maintenu de manière stable dans le corps humain pendant une longue période. Nous prévoyons de délibérer sur la commercialisation par un transfert de technologie. « 

Professeur Hyung Joon Cha, POSTECH

Le professeur Joonwon Kim a expliqué: « Cette recherche est la première au monde à développer une méthode qui peut être utilisée pour traiter les anévrismes en microfibrillant une microfibre d’hydrogel photoréticulable dans les vaisseaux sanguins. » Il a ajouté: « On prévoit que ces matériaux seront effectivement applicables à de nombreuses maladies vasculaires nécessitant une embolisation. »

«Le nouveau concept de méthode d’embolisation développé dans cette étude a été vérifié à l’aide du simulateur ADAM (Advanced Dynamic Angio Model) mis en œuvre par la nouvelle technologie de revêtement profond et la technologie de production de répliques vasculaires 3D utilisant des matériaux emboliques liquides précédemment développés par l’équipe de recherche. Le simulateur ADAM est un système qui fournit un environnement virtuel qui est très similaire à l’environnement chirurgical d’un vrai patient, et peut être utilisé pour la simulation de diverses maladies vasculaires », a expliqué le professeur Kim.