Un shunt innovant activé par la lumière pourrait réduire le nombre d'interventions chirurgicales chez les enfants souffrant de malformations cardiaques
Les enfants nés avec des malformations affectant les cavités inférieures du cœur subissent une série d'interventions chirurgicales invasives dès leur plus jeune âge. La première intervention consiste à implanter un tube en plastique appelé shunt pour améliorer la circulation sanguine. Cependant, à mesure que l'enfant grandit, le shunt est souvent remplacé pour s'adapter aux changements de son corps. Aujourd'hui, des chercheurs ont conçu un shunt qui se dilate lorsqu'il est activé par la lumière. Si ce dispositif est développé avec succès, il pourrait réduire le nombre d'interventions chirurgicales à cœur ouvert que subissent ces enfants.
Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la réunion d'automne de l'American Chemical Society (ACS). L'ACS Fall 2024 est une réunion hybride qui se tiendra virtuellement et en personne du 18 au 22 août ; elle comprend environ 10 000 présentations sur une gamme de sujets scientifiques.
« Après que le chirurgien a d'abord mis en place le tube, ces enfants doivent souvent subir deux ou trois, voire quatre, interventions chirurgicales supplémentaires juste pour implanter un tube légèrement plus grand, » explique Christopher Rodell, qui présente la recherche. « Notre objectif est d'élargir l'intérieur du tube avec un cathéter électroluminescent que nous insérons à l'intérieur du shunt, éliminant ainsi complètement le besoin de chirurgies supplémentaires. » Rodell est professeur adjoint de génie biomédical à l'Université Drexel.
Ces malformations cardiaques congénitales affectent les cavités inférieures de l'organe, appelées ventricules, ce qui entraîne une restriction du flux sanguin vers les poumons et d'autres parties du corps. Sans chirurgie, les bébés atteints de ces troubles ne peuvent pas survivre. Souvent nés de petite taille, ces nourrissons peuvent grandir rapidement après leur première intervention d'implantation de shunt. Pour s'adapter à leur croissance, les chirurgiens pratiquent souvent une nouvelle intervention à cœur ouvert. Chaque fois que cette procédure est réalisée, elle crée un risque pour l'enfant. Dans une étude portant sur 360 patients ayant subi la procédure initiale de reconstruction cardiaque, 41 ont dû subir des interventions supplémentaires pour implanter un shunt plus grand et sept sont décédés des suites de cette opération.
Auparavant, les collègues de Rodell à Drexel, Amy Throckmorton et Kara Spiller, avaient construit un prototype extensible pour remplacer potentiellement le type de shunt le plus couramment utilisé. Pour ce faire, ils ont recouvert l'intérieur du tube d'un hydrogel contenant un réseau de polymères entourés d'eau et attachés les uns aux autres par des liaisons appelées réticulations. La formation de nouvelles réticulations force l'eau à sortir de l'hydrogel et rapproche les polymères, contractant l'hydrogel et élargissant l'intérieur du shunt. Dans la conception initiale, les nouvelles réticulations se formaient automatiquement, sans déclencheur externe.
Rodell a rejoint Throckmorton et Spiller pour les aider à repenser le shunt afin que les matériaux soient sûrs pour une utilisation clinique et qu'il puisse être ajusté pour répondre aux besoins de chaque enfant. Il y est parvenu en développant de nouveaux polymères pour un hydrogel qui formerait de nouvelles liaisons croisées et augmenterait le diamètre intérieur du shunt en réponse à un déclencheur. Pour initier la réticulation à la demande, Rodell a décidé d'utiliser la lumière bleue, car cette longueur d'onde transporte suffisamment d'énergie pour initier la réaction mais est sans danger pour les tissus vivants.
La lumière a toujours été l’un de mes déclencheurs préférés, car vous pouvez contrôler quand et où vous l’appliquez.
Christopher Rodell, professeur adjoint de génie biomédical, Université Drexel
Pour le nouveau dispositif, Rodell et son équipe dirigée par l'étudiante diplômée Akari Seiner utilisent un cathéter à fibre optique, essentiellement un long tube fin avec une pointe émettant de la lumière. Pour activer l'hydrogel sensible à la lumière à l'intérieur du shunt, ils prévoient que les chirurgiens insèrent le cathéter dans une artère près de l'aisselle puis le manœuvrent en position, éliminant ainsi le besoin d'ouvrir la poitrine du bébé.
Au cours d'expériences en laboratoire, ils ont découvert qu'ils pouvaient élargir le shunt progressivement, la quantité d'expansion variant selon la durée d'exposition à la lumière. Les résultats indiquent qu'une fois implanté, les ajustements du shunt peuvent être personnalisés pour chaque enfant. Ils ont découvert qu'ils pouvaient dilater le shunt jusqu'à 40 %, augmentant son diamètre de 3,5 millimètres à 5 millimètres, soit presque la taille du plus grand shunt implanté chez les enfants. Ils ont également évalué la façon dont les cellules sanguines et les vaisseaux sanguins pourraient réagir au shunt modifié. Ils n'ont trouvé aucune preuve que le tube implanté ait provoqué la formation de caillots sanguins, une réponse inflammatoire ou d'autres réactions susceptibles de poser des problèmes de santé potentiels.
L'équipe prévoit ensuite de tester des prototypes de shunts pleine longueur dans un dispositif artificiel imitant le système circulatoire humain. Si ces expériences sont concluantes, les chercheurs comptent passer à des expériences sur des modèles animaux. Cette technologie pourrait être utile au-delà des maladies cardiaques à ventricule unique, selon Rodell. Les chirurgiens pourraient, par exemple, utiliser des tubes similaires pour remplacer les vaisseaux sanguins chez les enfants blessés dans un accident de voiture.
« Dans ces procédures, on rencontre le même problème : les enfants ne sont pas de petits adultes, ils continuent de grandir », explique Rodell. « C'est un élément dont nous devons tenir compte dans les biomatériaux, la façon dont la greffe se comportera au fil du temps. »
La recherche a été financée par la Fondation Hartwell.
