Les stents destinés à traiter divers blocages dans le corps humain peuvent eux-mêmes se bloquer, mais un nouveau capteur développé à l'Université du Michigan pour les stents utilisés dans les voies biliaires pourrait un jour aider les médecins à détecter et à traiter rapidement les blocages des stents, contribuant ainsi à maintenir les patients en meilleure santé.
Les obstructions des voies biliaires peuvent provoquer une jaunisse, des lésions hépatiques et des infections potentiellement mortelles. Les affections qui provoquent le rétrécissement et la fermeture des voies biliaires, notamment les cancers du pancréas et du foie, peuvent être traitées en insérant des stents pour maintenir les voies ouvertes. Cependant, les boues bactériennes ou les calculs biliaires peuvent bloquer les stents des voies biliaires, nécessitant un traitement urgent avec des antibiotiques et le remplacement du stent.
Actuellement, les prestataires médicaux surveillent les blocages des stents biliaires au moyen d’analyses sanguines, ce qui signifie que le problème doit être suffisamment important pour que le corps le remarque. Un capteur intégré au stent pourrait permettre aux médecins de reconnaître que des boues bactériennes s'accumulent et d'intervenir avant que le patient ne commence à tomber malade.
« Ce nouveau capteur de stent offre la possibilité de détecter les obstructions imminentes du stent biliaire sans attendre les symptômes cliniques, les tests sanguins ou les tests d'imagerie, qui retardent tous l'intervention », a déclaré Richard Kwon, professeur clinicien de médecine interne et de gastro-entérologie à la faculté de médecine de l'UM. et co-auteur de l'étude dans Nature Microsystems & Nanoengineering.
Le capteur mesure 8 millimètres de long, soit un peu moins de la moitié du diamètre d’un centime et seulement 1 millimètre de large, encapsulé dans une structure protectrice en plastique imprimée en 3D qui se lie aux stents en plastique. Lors d'un examen, le patient portait autour de la taille un détecteur en forme de ceinture qui émettait un champ magnétique alternatif, changeant de signe à différentes fréquences pour induire la vibration maximale, ou résonante, dans le capteur. Lorsque le capteur vibre, toutes les masses alourdissant le capteur apparaissent avec une fréquence de résonance réduite.
« La réception réussie des signaux d'un animal vivant marque une avancée majeure dans la technologie des capteurs magnétoélastiques sans batterie, ouvrant la voie à des applications nouvelles et étendues », a déclaré Ramprasad Nambisan, doctorant en génie électrique et informatique à l'UM et auteur principal de l'étude.
L’un des grands défis consistait à détecter cette fréquence de résonance, qui apparaît comme un champ magnétique de réponse provenant du capteur, même à travers près de 7 pouces de tissu abdominal riche en liquide. Grâce à une conception matérielle minutieuse et au traitement du signal numérique, l'équipe a enregistré un rapport signal/bruit d'un million pour un lors des tests.
La valeur élevée mesurée pour le rapport signal/bruit à une distance d’interrogation de 17 cm indique qu’à l’avenir, la distance de lecture pourra être considérablement augmentée si nécessaire pour les humains, en s’adaptant aux différences anatomiques.
Yogesh Gianchandani, professeur de génie électrique et informatique à l'UM et auteur principal de l'étude
Dans les prochaines étapes, les chercheurs prévoient de développer une version fonctionnant avec des stents métalliques. À plus long terme, ils miniaturiseront davantage le capteur, permettant ainsi de répartir plusieurs capteurs le long du stent, chacun avec une fréquence de résonance différente. Cela permettrait une détection localisée de l’accumulation de boues. L’équipe a également l’intention de développer une électronique moins coûteuse pour le détecteur en forme de ceinture, ouvrant ainsi la voie aux essais cliniques sur l’homme.
À mesure que la technologie continue de progresser, les capteurs magnétoélastiques pourraient être utilisés à d’autres endroits du corps, notamment dans les stents vasculaires périphériques, les stents coronariens à long terme et les stents urétéraux.
Cette recherche inclut des co-auteurs de Michigan Medicine et a été financée en partie par les National Institutes of Health (R01DK102663).
L'appareil a été construit en partie à l'aide des installations de l'installation de nanofabrication de Lurie et étudié au Michigan Center for Materials Characterization.
L'équipe a déposé une demande de protection par brevet avec l'aide d'UM Innovation Partnerships et recherche des partenaires pour commercialiser la technologie.
