Plus de 20 millions d'Américains subissent chaque année des examens de coloscopie et, dans bon nombre de ces cas, les médecins finissent par retirer les polypes de 2 cm ou plus qui nécessitent des soins supplémentaires. Cette procédure a considérablement réduit l'incidence globale du cancer du côlon, mais non sans complications, car les patients peuvent présenter des saignements gastro-intestinaux pendant et après la procédure.
Dans l'espoir de prévenir ces complications, des chercheurs du MIT ont développé un nouveau gel, GastroShield, qui peut être pulvérisé sur les sites chirurgicaux à l'aide d'un endoscope. Ce gel forme une couche protectrice résistante mais flexible qui sert de bouclier à la zone endommagée. Le matériau évite les saignements retardés et renforce l’intégrité mécanique des tissus.
Notre technologie adhésive sensible aux tissus est conçue pour interagir avec les tissus via des interactions covalentes et ioniques complémentaires ainsi que des interactions physiques afin de fournir une protection prolongée des lésions sur plusieurs jours afin de prévenir les complications suite à l'ablation des polypes et d'autres plaies présentant un risque de saignement dans le tractus gastro-intestinal. «
Natalie Artzi, chercheuse principale à l'Institute for Medical Engineering and Science du MIT, professeure agrégée de médecine à la Harvard Medical School et auteure principale de l'article
Dans une étude animale, les chercheurs ont montré que l'application GastroShield s'intègre parfaitement aux procédures endoscopiques actuelles et offre une protection des plaies pendant trois à sept jours, aidant ainsi les tissus à guérir après une intervention chirurgicale. Artzi et d'autres membres de l'équipe de recherche ont lancé une société appelée BioDevek qui prévoit désormais de développer davantage le matériau destiné à être utilisé chez l'homme.
Gonzalo Muñoz Taboada, PDG de BioDevek, et Daniel Dahis, scientifique principal de BioDevek, sont les principaux auteurs de l'étude, parue dans la revue Matériaux avancés. Elazer Edelman, professeur Edward J. Poitras en génie médical et sciences au MIT et directeur de l'IMES, et Pere Dosta, ancien postdoctorant dans le laboratoire d'Artzi, sont également les auteurs de l'article.
Gels adhésifs
Les dépistages de routine du cancer du côlon révèlent souvent de petits polypes précancéreux, qui peuvent être retirés avant qu'ils ne deviennent cancéreux. Cela se fait généralement à l'aide d'un endoscope. Si un saignement survient lors de l'ablation du polype, les médecins peuvent cautériser la plaie pour la sceller, mais cette méthode crée une cicatrice qui peut retarder la guérison et entraîner des complications supplémentaires.
De plus, chez certains patients, le saignement ne survient que quelques jours après l’intervention. Cela peut être dangereux et nécessiter que les patients retournent à l’hôpital pour un traitement supplémentaire. D'autres patients peuvent développer de petites déchirures qui entraînent une fuite du contenu intestinal dans l'abdomen, ce qui peut entraîner une infection grave et nécessiter des soins d'urgence.
Lorsque le renforcement des tissus est nécessaire, les médecins insèrent souvent des clips métalliques pour maintenir les tissus ensemble, mais ceux-ci ne peuvent pas être utilisés avec des polypes plus gros et ne sont pas toujours efficaces. Les efforts visant à développer un gel capable de sceller les plaies chirurgicales n’ont pas abouti, principalement parce que les matériaux ne pouvaient pas adhérer au site chirurgical pendant plus de 24 heures.
L’équipe du MIT a testé des dizaines de combinaisons de matériaux qui, selon elle, pourraient avoir les bonnes propriétés pour cet usage. Ils voulaient trouver des formulations présentant une viscosité suffisamment faible pour être facilement administrées et pulvérisées à travers une buse située à l'extrémité d'un cathéter qui s'insère dans les endoscopes commerciaux. Simultanément, au contact des tissus, cette formulation devrait former instantanément un gel résistant qui adhère fortement aux tissus. Ils voulaient également que le gel soit suffisamment flexible pour résister aux forces générées par les mouvements péristaltiques du tube digestif et des aliments qui y circulent.
Les chercheurs ont trouvé une combinaison gagnante comprenant un polymère appelé pluronic, un type de copolymère séquencé capable de s'auto-assembler en sphères appelées micelles. Les extrémités de ces polymères contiennent de multiples groupes amines, qui se retrouvent à la surface des micelles. Le deuxième composant du gel est le dextrane oxydé, un polysaccharide capable de former des liaisons fortes mais réversibles avec les groupes amine des micelles pluroniques.
Lorsqu'ils sont pulvérisés, ces matériaux réagissent instantanément entre eux et avec la muqueuse du tractus gastro-intestinal, formant un gel solide en moins de cinq secondes. Les micelles qui composent le gel sont « auto-réparatrices » et peuvent absorber les forces qu'elles rencontrent lors des mouvements péristaltiques et des aliments se déplaçant le long du tube digestif, en se brisant temporairement puis en se réassemblant.
« Pour obtenir un matériau qui respecte les critères de conception et qui peut être fourni via les coloscopes existants, nous avons examiné des bibliothèques de matériaux pour comprendre comment différents paramètres affectent la gélification, l'adhésion, la rétention et la compatibilité », explique Artzi.
Une couche protectrice
Le gel peut également résister au faible pH et à l'activité enzymatique du tube digestif, et protéger les tissus de cet environnement hostile pendant qu'il se guérit, soulignant son potentiel d'utilisation dans d'autres plaies gastro-intestinales à haut risque de saignement, telles que les ulcères d'estomac, qui affectent plus de 4 millions d'Américains chaque année.
Lors de tests sur des animaux, les chercheurs ont constaté que chaque animal traité avec le nouveau gel présentait une étanchéité rapide et qu'il n'y avait aucune perforation, fuite ou saignement dans la semaine suivant le traitement. Le matériau a duré environ cinq jours, après quoi il a été éliminé avec la couche supérieure de tissu à mesure que les plaies chirurgicales guérissaient.
Les chercheurs ont également réalisé plusieurs études de biocompatibilité et ont constaté que le gel ne provoquait aucun effet indésirable.
« Une caractéristique clé de cette nouvelle technologie est notre objectif de la rendre translationnelle. GastroShield a été conçu pour être stocké sous forme liquide dans un kit prêt à l'emploi. De plus, il ne nécessite aucune solution d'activation, de lumière ou de déclenchement pour former le gel, dans le but de rendre l'utilisation endoscopique facile et rapide », explique Muñoz, qui dirige actuellement l'effort de traduction pour GastroShield.
BioDevek travaille actuellement au développement du matériau en vue d'une éventuelle utilisation chez les patients. En plus de son utilisation potentielle dans les coloscopies, ce gel pourrait également être utile pour traiter les ulcères d'estomac et les maladies inflammatoires telles que la maladie de Crohn, ou pour administrer des médicaments contre le cancer, explique Artzi.
La recherche a été financée en partie par la National Science Foundation.
