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Un robot ver pourrait bientôt se glisser dans votre cerveau

Un fil-robot dans un système vasculaire artificiel.

Le fil robotique (en noir) peut être dirigé magnétiquement et est assez petit pour travailler dans des espaces étroits tels que le système vasculaire du cerveau humain.

Photo : MIT

Alain Labelle

Un robot mou à guidage magnétique, qui prend étrangement l’allure d’un ver pouvant se déplacer dans les vaisseaux sanguins étroits et sinueux (comme ceux du système vasculaire cérébral), a été mis au point par des chercheurs américains.

Cette création de l’ingénieur mécanique Xuanhe Zhao et de ses collègues du Massachusetts Institute of Technology (MIT) pourrait, un jour, jumelée aux technologies endovasculaires actuelles, permettre aux médecins de traiter rapidement des blocages et des lésions comme ceux qui surviennent lors d’anévrismes et d’accidents vasculaires cérébraux (AVC).

Une image détaillée du cerveau

À gauche, lors d'un AVC, une bonne partie du cerveau n'est plus alimentée en sang. À droite, une fois le caillot retiré, le sang circule de nouveau.

Photo : Istock

Repères

  • Un AVC cause une perte soudaine des fonctions cérébrales causée par l'interruption du flux sanguin dans le cerveau (AVC ischémique) ou une rupture de vaisseaux sanguins cérébraux (AVC hémorragique).
  • Il faut savoir qu’environ 1,9 million de cellules cérébrales meurent toutes les minutes après un AVC.
  • Il s’agit donc d’une urgence médicale.
  • Si l'AVC aigu est traité dans les 90 premières minutes, le taux de survie des patients augmente considérablement.
  • Ainsi, chaque minute d’hésitation peut avoir une incidence sur les mouvements, la coordination motrice, la vision et la mémoire de la personne.
  • Environ 850 000 Canadiens vivent avec les conséquences d'un AVC.

À l’assaut des caillots

De nos jours, 80 % des Canadiens survivent à leur AVC mais plus de la moitié conservent une incapacité à long terme.

Si nous pouvions mettre au point une technique qui permet de rétablir rapidement la circulation sanguine dans l’heure après le blocage d’un vaisseau sanguin, nous pourrions potentiellement éviter des lésions cérébrales permanentes. C'est notre espoir! explique Xuanhe Zhao.

Le traitement actuel

Pour retirer le plus rapidement possible les caillots sanguins dans le cerveau d'un patient, les chirurgiens pratiquent souvent une endoscopie vasculaire, une intervention chirurgicale peu invasive durant laquelle on insère un mince fil métallique dans une artère un vaisseau sanguin du cerveau, des jambes ou l'aine.

Lors de cette intervention, le médecin se guide à l’aide de la technique de la fluoroscopie, laquelle consiste en l’injection dans le sang d’un produit qui se révèle aux faisceaux de rayons X. Elle permet au chirurgien de visualiser les vaisseaux sanguins et de manier un fil jusqu'au vaisseau cérébral endommagé.

Un cathéter peut ensuite être placé le long du fil pour acheminer des médicaments ou des dispositifs de prélèvement de caillots dans la zone touchée.

Cette intervention est très exigeante physiquement pour les chirurgiens, qui sont aussi exposés de façon répétée aux rayonnements de la fluoroscopie.

Les fils utilisés dans de telles procédures doivent être manipulés manuellement et sont généralement fabriqués à partir d'un noyau d'alliages métalliques recouvert d’un polymère. Ce dernier peut potentiellement générer une friction et endommager les vaisseaux, particulièrement dans les endroits difficiles à atteindre.

Le traitement potentiel

L'équipe du MIT s'est rendu compte que les progrès réalisés dans son laboratoire pouvaient aider à améliorer la procédure endovasculaire, tant dans la conception du fil-guide qu’en ce qui concerne l'exposition des médecins aux radiations.

Elle a donc combiné ses travaux sur les hydrogels (des matériaux biocompatibles principalement constitués d'eau) et sur l'activation magnétique pour produire un fil robotisé revêtu d'hydrogel. Elle a démontré que ce fil est assez mince pour être guidé magnétiquement à travers une réplique grandeur nature en silicone des vaisseaux sanguins du cerveau.

Le noyau du fil robotique est fait d'un alliage nickel-titane, ou nitinol, un matériau à la fois souple et élastique. Le fil est enduit d'une pâte caoutchouteuse contenant des particules magnétiques.

Ensuite, un hydrogel est appliqué pour englober le fil et le revêtement magnétique. Cette peau n'affecte en rien la réactivité des particules magnétiques et fournit au fil une surface lisse, sans friction et biocompatible.

Télécommandé et orientable

Les chercheurs ont montré l'activation et la précision du fil-robot à l’aide d’un aimant. Ils ont ainsi réussi à diriger le fil-robot à travers plusieurs scénarios qui rappellent l’introduction d’un fil dans le trou d'une aiguille.

Un fil robotisé suit un parcours destiné à vérifier sa capacité à accomplir sa tâche.

L'une des expériences de faisabilité réalisées par les ingénieurs du MIT

Photo : MIT

En outre, les auteurs de ces travaux publiés dans la revue Science Robotics (Nouvelle fenêtre) (en anglais) ont aussi testé le fil dans une réplique en silicone des principaux vaisseaux sanguins du cerveau. Ils ont même recréé des caillots et des anévrismes d'après les tomodensitogrammes du cerveau d'un patient réel.

Les vaisseaux de silicone étaient remplis d'un liquide simulant la viscosité du sang.

L'un des défis de la chirurgie était de pouvoir naviguer dans les vaisseaux sanguins compliqués du cerveau, qui ont de très petits diamètres, que les cathéters commerciaux ne peuvent pas atteindre.

Kyujin Cho, professeur d’ingénierie mécanique à l’université nationale de Séoul

Cette technique a le potentiel de surmonter cet obstacle et de permettre des interventions chirurgicales dans le cerveau sans chirurgie ouverte, explique le Dr Kyujin Cho, qui n'a pas participé à la présente étude.

Le fil, qui travaille à l’échelle submillimétrique, peut aussi servir à délivrer des médicaments pour empêcher la formation de caillots ou pour briser les blocages avec la lumière laser.

Pour démontrer cette capacité, les chercheurs ont même remplacé le noyau en nitinol du fil par une fibre optique qu'ils pouvaient diriger pour activer un laser une fois une cible atteinte.

La technique ne présente pas de danger pour les chirurgiens, puisqu’il n’est pas nécessaire que ces derniers poussent physiquement le fil à travers les vaisseaux sanguins. Les médecins n'auraient donc pas besoin d'être à proximité immédiate d'un patient et ne seraient pas exposés aux radiations.

La prochaine étape

Le robot n'a pas été testé sur de réels cerveaux humains. Il a été testé sur des échantillons de tissus et le sera bientôt sur les cerveaux d'animaux.

Des tests doivent aussi être réalisés pour établir la durée de vie mécanique du robot et la biocompatibilité de ses composantes avec le corps humain. Les chercheurs n'y voient pas de problème potentiel, puisque l'hydrogel est à base d'eau et qu'il s'est déjà avéré non toxique.

Une chose est sûre : l’équipe de recherche espère éventuellement tester son fil robotique in vivo avec des technologies existantes.

Médecine

Science