Une équipe de recherche a détaillé une percée dans la technologie des dispositifs médicaux qui pourrait conduire à des traitements intelligents, durables et personnalisés pour les patients grâce à la robotique douce et à l’intelligence artificielle.
Le partenariat transatlantique a créé un dispositif implantable intelligent capable d’administrer un médicament – tout en détectant quand il commence à être rejeté – et d’utiliser l’IA pour modifier la forme du dispositif afin de maintenir le dosage du médicament et de contourner simultanément l’accumulation de tissu cicatriciel.
Les promesses des dispositifs médicaux implantables
Les technologies de dispositifs médicaux implantables offrent la promesse de débloquer des interventions thérapeutiques avancées dans les soins de santé, comme la libération d’insuline pour traiter le diabète, mais un problème majeur qui freine ces dispositifs est la réaction du patient à un corps étranger.
Le Dr Rachel Beatty, de l’Université de Galway, et co-auteur principal de l’étude, a expliqué : « La technologie que nous avons développée, en utilisant la robotique douce, fait progresser le potentiel des dispositifs implantables pour être dans le corps d’un patient pendant de longues périodes, fournissant une action thérapeutique durable. Imaginez un implant thérapeutique qui peut également détecter son environnement et réagir en conséquence en utilisant l’IA – cette approche pourrait générer des changements révolutionnaires dans l’administration de médicaments implantables pour diverses maladies chroniques. »
Des dispositifs flexibles améliorés par l’intelligence artificielle
L’équipe de recherche de l’Université de Galway et du MIT a à l’origine développé des premiers dispositifs flexibles, connus sous le nom d’implants robotiques doux, pour améliorer l’administration de médicaments et réduire la fibrose. Malgré ce succès, l’équipe considère la technologie comme unique, car elle ne tenait pas compte de la façon dont les patients réagissent et répondent différemment, ni de la nature progressive de la fibrose, où le tissu cicatriciel se développe autour du dispositif, l’encapsulant, entravant et bloquant son objectif, le forçant finalement à échouer.
La dernière recherche, publiée dans Science Robotics, montre comment ils ont considérablement fait progresser la technologie – en utilisant l’IA – la rendant réactive à l’environnement de l’implant avec le potentiel d’être plus durable en se défendant contre la tendance naturelle du corps à rejeter un corps étranger.
Le Dr Beatty a ajouté : « Je voulais adapter l’administration de médicaments aux individus, mais je devais d’abord créer une méthode pour détecter la réponse du corps étranger. »
Un dispositif capable de s’adapter à la réaction immunitaire
L’équipe de recherche a déployé une technique encore balbutiante pour aider à réduire la formation de tissu cicatriciel connue sous le nom de mécanothérapie, où des implants robotiques doux effectuent des mouvements réguliers dans le corps, comme se gonfler et se dégonfler. Les mouvements chronométrés, répétitifs ou variés aident à empêcher la formation de tissu cicatriciel.
La clé de la technologie avancée dans le dispositif implantable est une membrane poreuse conductrice capable de détecter lorsque les pores sont bloqués par du tissu cicatriciel. Elle détecte les blocages lorsque les cellules et les matériaux produits par les cellules bloquent les signaux électriques traversant la membrane.
Les chercheurs ont mesuré l’impédance électrique et la formation de tissu cicatriciel sur la membrane, constatant une corrélation. Un algorithme d’apprentissage automatique a également été développé et déployé pour prédire le nombre requis et la force des actionnements pour obtenir un dosage constant du médicament, quelle que soit le niveau de fibrose présent. À l’aide de simulations informatiques, les chercheurs ont également exploré le potentiel du dispositif pour libérer un médicament au fil du temps avec une capsule fibrotique environnante d’épaisseurs différentes.
La recherche a montré que le fait de modifier la force et le nombre de fois où le dispositif était contraint de se déplacer ou de changer de forme permettait au dispositif de libérer plus de médicament, aidant à contourner l’accumulation de tissu cicatriciel.
La position des chercheurs à ce sujet
La professeure Ellen Roche, professeure de génie mécanique au MIT, a déclaré : « Si nous pouvons détecter comment le système immunitaire de l’individu réagit à un dispositif thérapeutique implanté et modifier le régime de dosage en conséquence, cela pourrait avoir un grand potentiel dans l’administration de médicaments personnalisés et de précision, réduisant les effets hors cible et garantissant que la bonne quantité de médicament est délivrée au bon moment. Le travail présenté ici est un pas vers cet objectif. »
Le professeur Garry Duffy, professeur d’anatomie et de médecine régénérative à l’UG, et auteur principal de l’étude, a déclaré : « Le dispositif a déterminé le meilleur régime pour libérer une dose constante, par lui-même, même lorsqu’une fibrose importante était simulée. Nous avons pu contrôler finement la libération de médicaments dans un modèle informatique et sur le banc en utilisant la robotique douce, quelle que soit la fibrose importante.
L’équipe de recherche estime que leur percée en matière de dispositifs médicaux pourrait ouvrir la voie à des implants en boucle fermée complètement indépendants qui non seulement réduisent l’encapsulation fibrotique, mais la détectent au fil du temps et ajustent intelligemment leur activité de libération de médicaments en réponse.
Le professeur Duffy a ajouté : « Il s’agit d’un nouveau domaine de recherche qui peut avoir des implications dans d’autres domaines et n’est pas limité au seul traitement du diabète. Notre découverte pourrait fournir un dosage cohérent et réactif sur de longues périodes, sans l’intervention de médecins, améliorant l’efficacité et réduisant la nécessité de remplacer le dispositif en raison de la fibrose. »
En synthèse
Cette recherche novatrice démontre le potentiel des dispositifs médicaux implantables intelligents pour fournir des traitements personnalisés de longue durée. Grâce à la robotique douce et à l’intelligence artificielle, ces implants sont capables de s’adapter à la réponse immunitaire unique de chaque patient. Ils peuvent ainsi maintenir l’efficacité du traitement malgré la formation de tissu cicatriciel, un problème majeur des dispositifs implantés traditionnels.
Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires, cette approche ouvre la voie à une nouvelle génération d’implants thérapeutiques autonomes et réactifs, améliorant les résultats pour les patients atteints de maladies chroniques.
Pour une meilleure compréhension
Quel est le principal défi des dispositifs médicaux implantables ?
Le principal défi est la réaction du corps humain à la présence d’un corps étranger, conduisant à la formation de tissu cicatriciel qui encapsule et bloque le dispositif.
Comment cette nouvelle technologie surmonte-t-elle ce problème ?
Elle utilise un implant robotique doux capable de détecter la formation de tissu cicatriciel et de modifier sa forme grâce à l’IA pour contourner l’encapsulation et maintenir l’administration du médicament.
Quels sont les avantages de cette approche ?
Elle permet des traitements personnalisés sur le long terme, s’adaptant à chaque patient. Les implants pourraient devenir autonomes et ne plus nécessiter d’intervention médicale pour les remplacer.
Cette technologie est-elle déjà utilisée chez l’humain ?
Non, pour l’instant elle n’a été testée que dans des modèles informatiques et en laboratoire. Des recherches supplémentaires sont nécessaires avant une application clinique.
Quelles sont les prochaines étapes du développement ?
Des tests plus poussés pour confirmer l’efficacité et l’innocuité, avant des essais cliniques chez l’humain. L’objectif est de mettre au point des implants thérapeutiques autonomes utilisant cette technologie.
Légende illustration principale : Le professeur Garry Duffy et le Dr Rachel Beatty présentent l’implant robotique souple mis au point par l’université de Galway et le MIT. Crédit : Martina Regan
Article : « Soft robot-mediated autonomous adaptation to fibrotic capsule formation for improved drug delivery » – DOI : 10.1126/scirobotics.abq4821
