Il y a plus de 5 000 ans, l’homme a eu l’idée de suturer une plaie avec une aiguille et du fil. Depuis lors, ce principe chirurgical n’a pas beaucoup changé : en fonction de la sensation du bout des doigts de l’opérateur et de l’équipement, les coupures ou déchirures des tissus peuvent être reliées plus ou moins parfaitement. Une fois que les deux côtés d’une plaie sont parfaitement fixés l’un à l’autre, le corps peut commencer à fermer l’espace tissulaire de manière permanente et naturelle.
Cependant, la suture n’atteint pas toujours son objectif : dans les tissus très mous, le fil peut couper le tissu et provoquer des blessures supplémentaires. Et si la fermeture de la plaie ne scelle pas les organes internes, les sutures perméables peuvent poser un problème potentiellement mortel. Des chercheurs de l’Empa et de l’ETH Zurich ont désormais trouvé un moyen de souder les plaies à l’aide de lasers.
Contrôler la température en temps réel
Le brasage consiste généralement à assembler des matériaux au moyen de chaleur via un agent de liaison fondant. Le fait que cette réaction thermique doive rester dans des limites étroites pour les matériaux biologiques et qu’en même temps la température soit difficile à mesurer de manière non invasive a constitué un problème pour l’application des procédés de brasage en médecine. L’équipe dirigée par Oscar Cipolato et Inge Herrmann du laboratoire Interactions biologiques des particules de l’Empa à Saint-Gall et du laboratoire d’ingénierie des systèmes de nanoparticules de l’ETH Zurich a donc bricolé un système intelligent de fermeture des plaies dans lequel le brasage au laser peut être contrôlé en douceur et efficacement. Pour cela, ils ont développé un agent de liaison avec des nanoparticules métalliques et céramiques et ont utilisé la nanothermométrie pour contrôler la température.
L’élégance du nouveau procédé de brasage repose également sur l’interaction des deux types de nanoparticules dans la pâte de liaison protéine-gélatine. Pendant que la pâte est irradiée au laser, des nanoparticules de nitrure de titane convertissent la lumière en chaleur. Les particules de vanadate de bismuth spécialement synthétisées dans la pâte agissent en revanche comme de minuscules nano-thermomètres fluorescents : elles émettent une lumière d’une longueur d’onde spécifique en fonction de la température, permettant ainsi une régulation extrêmement précise de la température en temps réel. Cela rend la méthode particulièrement adaptée à une utilisation en chirurgie mini-invasive, car elle ne nécessite pas d’agitation et détermine les différences de température avec une résolution spatiale extrêmement fine dans les plaies superficielles et profondes.
IR doux
Une fois que l’équipe a optimisé les conditions de « iSoldering » (anglais pour soudure intelligente) via une modélisation mathématique in silico, les chercheurs ont pu étudier les performances du matériau composite. En collaboration avec des chirurgiens de l’hôpital universitaire de Zurich, de la clinique de Cleveland (États-Unis) et de l’université tchèque Charles, l’équipe a obtenu une liaison rapide, stable et biocompatible de plaies sur des organes tels que le pancréas ou le foie lors d’essais en laboratoire avec divers échantillons de tissus. Le scellement de morceaux de tissus particulièrement difficiles, tels que l’urètre, les trompes de Fallope ou l’intestin, à l’aide d’iSoldering, a été tout aussi réussi et tout en douceur. Une demande de brevet a maintenant été déposée pour le matériau composite à base de nanoparticules.
Mais les chercheurs ne se sont pas arrêtés là : ils ont réussi à remplacer la source de lumière laser par une lumière infrarouge (IR) plus douce. Cela rapproche encore davantage la technologie de soudage de son utilisation dans les hôpitaux : « Si des lampes IR médicalement approuvées étaient utilisées, la technologie de soudage innovante pourrait être utilisée dans les salles d’opération conventionnelles sans mesures de protection laser supplémentaires.« , déclare Inge Herrmann, chercheuse à l’Empa.
