En 2023, plus de 100 000 Américains ont perdu la vie à cause d’overdoses d’opioïdes. Le moyen le plus efficace pour sauver une personne en surdose est d’administrer un médicament appelé naloxone. Cependant, il n’est pas toujours possible pour un premier intervenant ou un témoin d’atteindre la personne à temps.
Des chercheurs du MIT et du Brigham and Women’s Hospital ont mis au point un nouveau dispositif qui pourrait potentiellement éliminer ces retards et sauver des vies. De la taille d’un bâton de gomme, cet appareil peut être implanté sous la peau, où il surveille la fréquence cardiaque, la respiration et d’autres signes vitaux. Lorsqu’il détecte une surdose, il injecte rapidement une dose de naloxone.
Dans une étude publiée aujourd’hui dans le journal Device, les chercheurs ont démontré que l’appareil pouvait inverser avec succès les surdoses chez les animaux. Avec un développement supplémentaire, cette approche pourrait offrir une nouvelle option pour prévenir les décès par surdose dans les populations à haut risque, comme celles ayant déjà survécu à une surdose.
« Cela pourrait réellement répondre à un besoin non satisfait important de la population souffrant de toxicomanie et de dépendance aux opiacés, en aidant à atténuer les surdoses, en mettant l’accent dans un premier temps sur la population à haut risque », explique Giovanni Traverso, professeur agrégé de génie mécanique au MIT, gastro-entérologue au Brigham and Women’s Hospital et auteur principal de l’étude.
Les principaux auteurs de l’article sont Hen-Wei Huang, ancien scientifique invité au MIT et actuellement professeur adjoint de génie électrique et électronique à l’Université technologique de Nanyang à Singapour ; Peter Chai, professeur agrégé de médecine d’urgence au Brigham and Women’s Hospital ; SeungHo Lee, chercheur scientifique à l’Institut Koch pour la recherche intégrative sur le cancer du MIT ; Tom Kerssemakers et Ali Imani, anciens étudiants à la maîtrise au Brigham and Women’s Hospital ; et Jack Chen, doctorant en génie mécanique au MIT.
Un dispositif implantable
La naloxone est un antagoniste des opioïdes, ce qui signifie qu’elle peut se lier aux récepteurs opioïdes et bloquer les effets d’autres opioïdes, notamment l’héroïne et le fentanyl. Administrée par injection ou sous forme de spray nasal, elle peut rétablir une respiration normale en quelques minutes.
Cependant, de nombreuses personnes se retrouvent seules en cas de surdose et risquent de ne pas recevoir d’aide à temps. De plus, avec l’émergence d’opioïdes synthétiques plus puissants, les surdoses peuvent être plus rapides et imprévisibles. Pour surmonter ce problème, certains chercheurs développent des dispositifs portables capables de détecter une surdose et d’administrer de la naloxone, mais aucun n’a encore fait ses preuves. L’équipe du MIT/BWH a conçu un dispositif implantable moins encombrant, permettant une injection directe de naloxone dans le tissu sous-cutané et éliminant le besoin pour le patient de se rappeler de le porter.
L’appareil développé par les chercheurs comprend des capteurs capables de détecter la fréquence cardiaque, la respiration, la pression artérielle et la saturation en oxygène. Dans une étude animale, les chercheurs ont utilisé ces capteurs pour mesurer ces signaux et déterminer comment ils changent lors d’une surdose de fentanyl. Cela a abouti à un algorithme unique qui augmente la sensibilité de l’appareil pour détecter avec précision une surdose d’opioïdes et la distinguer d’autres conditions où la respiration est diminuée, comme l’apnée du sommeil.
Cette étude a montré que le fentanyl entraîne d’abord une baisse de la fréquence cardiaque, suivie rapidement d’un ralentissement de la respiration. En mesurant ces changements, les chercheurs ont pu déterminer le moment optimal pour administrer la naloxone.
« L’aspect le plus difficile du développement d’une solution technique pour prévenir la mortalité par surdose consiste simultanément à répondre aux attentes des patients et à leur volonté d’adopter de nouvelles technologies, à lutter contre la stigmatisation, à minimiser les détections de faux positifs et à garantir la livraison rapide d’antidotes », explique Huang. « La solution que nous proposons répond à ces besoins non satisfaits en développant un implant robotique miniaturisé équipé de modalités multicapteurs, de capacités de surveillance continue, d’une prise de décision embarquée et d’un mécanisme de micropompage innovant. »
L’appareil comprend également un petit réservoir pouvant contenir jusqu’à 10 milligrammes de naloxone. Lorsqu’une surdose est détectée, une pompe est déclenchée qui éjecte la naloxone en environ 10 secondes.
Dans leurs études animales, les chercheurs ont découvert que l’administration de ce médicament pouvait inverser les effets d’une surdose dans 96 % des cas.
« Nous avons créé un système en boucle fermée qui peut détecter le début d’une surdose d’opiacés, puis libérer l’antidote, puis voir cette récupération », explique Traverso.
Prévenir les surdoses
Les chercheurs envisagent que cette technologie pourrait être utilisée pour aider les personnes les plus à risque de surdose, en commençant par celles ayant déjà subi une surdose. Ils prévoient maintenant d’étudier comment rendre le dispositif aussi convivial que possible, en étudiant des facteurs tels que l’emplacement optimal pour l’implantation.
« L’un des piliers clés de la lutte contre l’épidémie d’opioïdes consiste à fournir de la naloxone aux individus aux moments clés à risque. Notre vision pour ce dispositif est qu’il s’intègre dans la cascade de stratégies de réduction des risques pour administrer de la naloxone de manière efficace et sûre, évitant ainsi les décès par surdose d’opioïdes et offrant la possibilité de soutenir les personnes souffrant de troubles liés à l’usage d’opioïdes », explique Chai.
Les chercheurs espèrent pouvoir tester le dispositif sur des humains d’ici trois à cinq ans. Ils travaillent désormais à miniaturiser davantage l’appareil et à optimiser la batterie embarquée, qui peut actuellement fournir de l’énergie pendant environ deux semaines.
La recherche a été financée par Novo Nordisk, la McGraw Family Foundation du Brigham and Women’s Hospital et le département de génie mécanique du MIT.
