Lorsque des dispositifs médicaux tels que des stimulateurs cardiaques sont implantés dans le corps, ils provoquent généralement une réponse immunitaire qui entraîne l’accumulation de tissu cicatriciel autour de l’implant. Cette cicatrice, appelée fibrose, peut interférer avec le fonctionnement des appareils et nécessiter leur retrait.
Dans le cadre d’une avancée qui pourrait empêcher ce type de défaillance des appareils, les ingénieurs du MIT ont trouvé un moyen simple et général d’éliminer la fibrose en enduisant les appareils d’un adhésif hydrogel. Cet adhésif lie les dispositifs aux tissus et empêche le système immunitaire de les attaquer.
« Le rêve de nombreux groupes de recherche et entreprises est d’implanter dans le corps quelque chose que celui-ci ne verra pas à long terme, et que l’appareil puisse fournir une fonctionnalité thérapeutique ou diagnostique. Nous disposons désormais d’une telle « cape d’invisibilité », et c’est très général : il n’y a pas besoin de médicament, pas besoin d’un polymère spécial », explique Xuanhe Zhao, professeur de génie mécanique et de génie civil et environnemental au MIT.
L’adhésif utilisé par les chercheurs dans cette étude est composé de polymères réticulés appelés hydrogels et est similaire à un ruban chirurgical qu’ils ont précédemment développé pour aider à sceller les plaies internes. D’autres types d’adhésifs hydrogels peuvent également protéger contre la fibrose, ont découvert les chercheurs, et ils pensent que cette approche pourrait être utilisée non seulement pour les stimulateurs cardiaques, mais également pour les capteurs ou les dispositifs qui délivrent des médicaments ou des cellules thérapeutiques.
Zhao et Hyunwoo Yuk SM ’16, PhD ’21, un ancien chercheur scientifique du MIT qui est maintenant directeur de la technologie chez SanaHeal, sont les auteurs principaux de l’étude, qui apparaît aujourd’hui dans Nature. Jingjing Wu, postdoctorant au MIT, est l’auteur principal de l’article.
Prévenir la fibrose
Ces dernières années, le laboratoire de Zhao a développé des adhésifs pour diverses applications médicales, notamment des rubans adhésifs double face et simple face qui pourraient être utilisés pour soigner des incisions chirurgicales ou des blessures internes. Ces adhésifs agissent en absorbant rapidement l’eau des tissus humides, en utilisant de l’acide polyacrylique, un matériau absorbant utilisé dans les couches. Une fois l’eau épurée, des groupes chimiques appelés esters NHS intégrés dans l’acide polyacrylique forment des liaisons fortes avec les protéines à la surface des tissus. Ce processus prend environ cinq secondes.
Il y a plusieurs années, Zhao et Yuk ont commencé à étudier si ce type d’adhésif pouvait également aider à maintenir les implants médicaux en place et à prévenir l’apparition de la fibrose.
Pour tester cette idée, Wu a enduit des dispositifs en polyuréthane de leur adhésif et les a implantés sur la paroi abdominale, le côlon, l’estomac, les poumons ou le cœur de rats. Quelques semaines plus tard, ils ont retiré l’appareil et ont constaté qu’il n’y avait aucun tissu cicatriciel visible. Des tests supplémentaires avec d’autres modèles animaux ont montré la même chose : partout où les dispositifs adhésifs ont été implantés, aucune fibrose ne s’est produite, pendant trois mois maximum.
« Ce travail a réellement identifié une stratégie très générale, pas seulement pour un modèle animal, un organe ou une application », explique Wu. « Dans tous ces modèles animaux, nous obtenons des résultats cohérents et reproductibles sans aucune capsule fibrotique observable. »
En utilisant le séquençage en masse de l’ARN et l’imagerie fluorescente, les chercheurs ont analysé la réponse immunitaire des animaux et ont découvert que lorsque des dispositifs dotés de revêtements adhésifs étaient implantés pour la première fois, des cellules immunitaires telles que les neutrophiles commençaient à infiltrer la zone. Cependant, les attaques se sont rapidement atténuées avant qu’un tissu cicatriciel ne puisse se former.
« Pour les dispositifs adhérés, il y a une réponse inflammatoire aiguë car il s’agit d’un corps étranger », explique Yuk. « Cependant, très rapidement, cette réponse inflammatoire s’est dégradée, et à partir de ce moment, vous n’avez plus cette formation de fibrose. »
Une application de cet adhésif pourrait être le revêtement des stimulateurs cardiaques épicardiques, des dispositifs placés sur le cœur pour aider à contrôler la fréquence cardiaque. Les fils qui entrent en contact avec le cœur deviennent souvent fibreux, mais l’équipe du MIT a découvert que lorsqu’ils implantaient des fils adhésifs chez des rats, ils restaient fonctionnels pendant au moins trois mois, sans formation de tissu cicatriciel.
« La formation de tissu fibreux à l’interface entre les dispositifs médicaux implantés et le tissu cible est un problème de longue date qui entraîne régulièrement la défaillance du dispositif. La démonstration selon laquelle une adhésion robuste entre le dispositif et le tissu évite la formation de tissu fibrotique est une observation importante qui a de nombreuses applications potentielles dans le domaine des dispositifs médicaux », déclare David Mooney, professeur de bio-ingénierie à l’Université Harvard, qui n’a pas participé à l’étude. .
Indices mécaniques
Les chercheurs ont également testé un adhésif hydrogel contenant du chitosane, un polysaccharide naturel, et ont découvert que cet adhésif éliminait également la fibrose lors d’études sur des animaux. Cependant, deux adhésifs tissulaires disponibles dans le commerce qu’ils ont testés n’ont pas montré cet effet antifibrotique car ils se sont finalement détachés du tissu et ont permis au système immunitaire d’attaquer.
Dans une autre expérience, les chercheurs ont enduit les implants d’adhésifs hydrogels, puis les ont trempés dans une solution qui supprimait les propriétés adhésives des polymères, tout en conservant la même structure chimique globale. Après avoir été implantés dans le corps, où ils étaient maintenus en place par des sutures, des cicatrices fibreuses sont apparues. Cela suggère qu’il existe quelque chose dans l’interaction mécanique entre l’adhésif et le tissu qui empêche le système immunitaire d’attaquer, disent les chercheurs.
« Les recherches antérieures en immunologie se sont concentrées sur la chimie et la biochimie, mais la mécanique et la physique peuvent jouer des rôles équivalents, et nous devrions prêter attention à ces signaux mécaniques et physiques dans les réponses immunologiques », explique Zhao, qui envisage désormais d’étudier plus en détail comment ces signaux mécaniques les signaux affectent le système immunitaire.
Yuk, Zhao et d’autres ont créé une société appelée SanaHeal, qui travaille actuellement au développement d’adhésifs tissulaires pour des applications médicales.
« En tant qu’équipe, nous souhaitons signaler cela à la communauté et susciter des spéculations et de l’imagination sur la direction que cela peut prendre », a déclaré Yuk. « Il existe de nombreux scénarios dans lesquels les gens souhaitent interagir avec des matériaux étrangers ou artificiels présents dans le corps, comme des dispositifs implantables, des dépôts de médicaments ou des dépôts de cellules. »
La recherche a été financée par les National Institutes of Health et la National Science Foundation.
