Xiaoguang Dong, professeur adjoint de génie mécanique, dirige une équipe de chercheurs qui a développé un système de cils artificiels capables de surveiller l'état du mucus dans les voies respiratoires humaines afin de mieux détecter les infections, les obstructions des voies respiratoires ou la gravité de maladies comme la fibrose kystique (FK). , Maladies pulmonaires obstructives chroniques (MPOC) et cancer du poumon.
La recherche a été publiée dans le numéro du 4 novembre de PNAS dans l'article «Cils artificiels sensoriels pour la surveillance in situ des propriétés physiologiques des voies respiratoires».
Dans leur article, les chercheurs ont noté que la surveillance continue de l'état des voies respiratoires humaines est cruciale pour des interventions rapides, en particulier lorsque des stents des voies respiratoires sont implantés pour atténuer l'obstruction des voies respiratoires centrales dans le cancer du poumon et d'autres maladies. En particulier, les conditions du mucus offrent des biomarqueurs importants pour indiquer l’inflammation et la perméabilité du stent, mais restent difficiles à surveiller. Les méthodes actuelles – reposant sur l'imagerie par tomodensitométrie et l'inspection au bronchoscope – présentent des risques dus aux radiations et n'ont pas la capacité de fournir une rétroaction continue en temps réel en dehors des hôpitaux.
Imitant la capacité de détection des cils biologiques, Dong et son équipe ont développé une nouvelle technologie pour détecter les conditions du mucus, notamment la viscosité et l'épaisseur de la couche, qui sont des biomarqueurs cruciaux pour la gravité de la maladie.
« Le mécanisme de détection de la viscosité du mucus exploite des champs magnétiques externes pour actionner un cil artificiel magnétique et détecter sa forme à l'aide d'une jauge de contrainte flexible », ont écrit les chercheurs. « De plus, nous rapportons un cil artificiel avec détection de capacité pour l'épaisseur de la couche de mucus, offrant un auto-étalonnage unique, une sensibilité et une portée réglables, le tout activé par des champs magnétiques externes générés par un système d'actionnement magnétique portable. »
Les chercheurs ont testé la méthode en déployant les capteurs indépendamment ou en conjonction avec un stent des voies respiratoires dans une trachée artificielle et une trachée de mouton. Les signaux de détection sont transférés sans fil vers un téléphone intelligent ou vers le cloud pour une analyse plus approfondie des données et un diagnostic de maladie.
« Les mécanismes et dispositifs de détection proposés ouvrent la voie à une surveillance en temps réel des conditions du mucus, facilitant la détection précoce des maladies et fournissant des alertes de perméabilité du stent, permettant ainsi des interventions rapides et des soins personnalisés », selon l'étude.
Ce travail a été réalisé en collaboration avec Fabien Maldonado, professeur de médecine et de chirurgie thoracique, membres du corps professoral du centre médical de l'université Vanderbilt ; Caitlin Demarest, professeur adjoint de chirurgie thoracique ; et Caglar Oskay, directeur du Département de génie civil et environnemental et professeur d'ingénierie Cornelius Vanderbilt. Yusheng Wang, le premier auteur de l'étude, est titulaire d'un doctorat de troisième année. étudiant au Département de Génie Mécanique.
Plus tôt cette année, Dong a reçu un prix R21 Trailblazer de l'Institut national d'imagerie biomédicale et de bioingénierie (NIBIB) des National Institutes of Health (NIH) pour poursuivre un projet sur le « Stent ciliaire actionné sans fil pour le traitement mini-invasif du dysfonctionnement des cils. «
Le prix Trailblazer R21 soutient les chercheurs nouveaux et débutants poursuivant des programmes de recherche qui présentent un grand intérêt pour le NIBIB, à l'interface des sciences de la vie avec l'ingénierie et les sciences physiques.
