Premier exemple d’un médicament bioélectronique

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Des chercheurs de la Northwestern University et de la Washington University School of Medicine ont mis au point le premier exemple de médecine bioélectronique: un dispositif sans fil implantable et biodégradable qui accélère la régénération nerveuse et améliore la guérison d’un nerf endommagé.

Les collaborateurs – scientifiques des matériaux et ingénieurs de Northwestern et neurochirurgiens de l’Université de Washington – ont mis au point un appareil qui fournit des impulsions électriques régulières aux nerfs périphériques endommagés chez le rat après un processus de réparation chirurgicale, accélérant ainsi la repousse des nerfs dans les jambes et améliorant le résultat final. récupération de la force musculaire et du contrôle. La taille d’un centime et l’épaisseur d’une feuille de papier, le dispositif sans fil fonctionne pendant environ deux semaines avant de s’absorber naturellement dans le corps.

Les scientifiques pensent que de telles technologies transitoires pourraient un jour compléter ou remplacer les traitements pharmaceutiques destinés à diverses affections médicales chez l’homme. Ce type de technologie, que les chercheurs appellent un “médicament bioélectronique”, fournit une thérapie et un traitement sur une période de temps cliniquement pertinente et directement sur le site où cela est nécessaire, réduisant ainsi les effets secondaires ou les risques associés aux implants permanents classiques.

“Ces systèmes d’ingénierie fournissent une fonction thérapeutique active dans un format dosé programmable, puis disparaissent naturellement dans le corps, sans laisser de trace”, a déclaré John A. Rogers, du Nord-Ouest, pionnier des technologies bio-intégrées et auteur co-principal du étude. “Cette approche thérapeutique permet de réfléchir à des options qui vont au-delà des médicaments et de la chimie.”

Rogers est titulaire de la chaire Louis Simpson et Kimberly Querrey en science et génie des matériaux, en génie biomédical et en chirurgie neurologique à la McCormick School of Engineering et à la Feinberg School of Medicine de la Northwestern University.

La recherche sera publiée le 8 octobre dans la revue Nature Medicine .

Bien que le dispositif n’ait pas été testé chez l’homme, les résultats de cette étude sont prometteurs comme une future option thérapeutique pour les patients souffrant de lésions nerveuses. Pour les cas nécessitant une intervention chirurgicale, la pratique habituelle consiste à administrer une stimulation électrique pendant l’opération afin de faciliter le rétablissement. Mais jusqu’à présent, les médecins n’avaient pas les moyens de fournir en permanence cette stimulation supplémentaire à différents moments du processus de récupération et de guérison.

“Nous savons que la stimulation électrique pendant l’opération est utile, mais une fois l’opération terminée, la fenêtre d’intervention est fermée”, a déclaré le co-auteur principal, le Dr Wilson “Zack” Ray, professeur agrégé de neurochirurgie, de génie biomédical et d’orthopédie. chirurgie à l’Université de Washington. “Avec cet appareil, nous avons montré qu’une stimulation électrique programmée peut améliorer encore la récupération nerveuse.”

Au cours des huit dernières années, Rogers et son laboratoire ont développé une collection complète de matériaux électroniques, de conceptions d’appareils et de techniques de fabrication d’appareils biodégradables, avec une large gamme d’options offrant la possibilité de répondre à des besoins médicaux non satisfaits. Lorsque Ray et ses collègues de l’Université de Washington ont identifié le besoin de thérapies basées sur la stimulation électrique pour accélérer la cicatrisation des plaies, Rogers et ses collègues de Northwestern sont allés à leur boîte à outils et se sont mis au travail.

Ils ont conçu et mis au point un dispositif fin et flexible qui enveloppe un nerf blessé et délivre des impulsions électriques à des moments précis pendant des jours avant que le dispositif ne se dégrade de manière inoffensive dans le corps. L’appareil est alimenté et contrôlé sans fil par un émetteur situé à l’extérieur du corps, qui ressemble beaucoup à un tapis de chargement pour téléphone portable. Rogers et son équipe ont travaillé en étroite collaboration avec l’équipe de l’Université de Washington tout au long du processus de développement et de validation des animaux.

Les chercheurs de l’Université de Washington ont ensuite étudié le dispositif bioélectronique chez des rats atteints de nerfs sciatiques blessés. Ce nerf envoie des signaux de haut en bas des jambes et contrôle les muscles ischio-jambiers et les muscles du bas des jambes et des pieds. Ils ont utilisé le dispositif pour fournir aux rats une heure par jour de stimulation électrique pendant un, trois ou six jours, voire aucune stimulation électrique, puis ont surveillé leur récupération pendant les dix semaines suivantes.

Ils ont découvert que toute stimulation électrique était meilleure que jamais pour aider les rats à recouvrer leur masse et leur force musculaires. En outre, plus les rats recevaient de jours de stimulation électrique, plus ils récupéraient rapidement et complètement les signaux nerveux et la force musculaire. Aucun effet biologique indésirable de l’appareil et de sa réabsorption n’a été trouvé.

“Avant de mener cette étude, nous n’étions pas sûrs qu’une stimulation plus longue ferait une différence, et maintenant que nous le savons, nous pouvons commencer à essayer de trouver le laps de temps idéal pour maximiser la récupération”, a déclaré Ray. “Si nous avions administré une stimulation électrique pendant 12 jours au lieu de six, y aurait-il eu plus d’avantages thérapeutiques? Peut-être. Nous sommes en train d’examiner cela maintenant.”

En modifiant la composition et l’épaisseur des matériaux de l’appareil, Rogers et ses collègues peuvent contrôler le nombre précis de jours pendant lesquels il reste fonctionnel avant d’être absorbé par le corps. Les nouvelles versions peuvent fournir des impulsions électriques pendant des semaines avant de se dégrader. La capacité du dispositif à se dégrader dans le corps remplace une seconde intervention chirurgicale pour retirer un dispositif non biodégradable, éliminant ainsi un risque supplémentaire pour le patient.

“Nous faisons en sorte que les appareils disparaissent”, a déclaré Rogers. “Cette notion de dispositifs électroniques transitoires préoccupe mon groupe depuis près de 10 ans – une grande quête de la science des matériaux, en un sens. Nous sommes enthousiasmés par le fait que nous avons maintenant les pièces, les matériaux, les dispositifs , les méthodes de fabrication, les concepts techniques au niveau du système – pour exploiter ces concepts de manière à répondre aux grands défis de la santé humaine. “

L’étude de recherche a également montré que l’appareil pouvait fonctionner comme stimulateur temporaire et comme interface avec la moelle épinière et d’autres sites de stimulation du corps. Ces résultats suggèrent une large utilité, au-delà du système nerveux périphérique.

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