Utiliser la lumière pour garantir que l’implant cardiaque d’un enfant se dilate en fonction de sa croissance

Les enfants nés avec une anomalie affectant les cavités inférieures du cœur subissent une série de chirurgies invasives au cours de leurs premières années de vie. La première intervention chirurgicale implique l’implantation d’un tube en plastique appelé shunt pour améliorer la circulation sanguine. Cependant, à mesure que les enfants grandissent, le shunt est souvent remplacé pour s’adapter aux changements corporels. Aujourd’hui, les chercheurs ont conçu un shunt qui se dilate lorsqu’il est activé par la lumière. S’il est développé correctement, ce dispositif pourrait réduire le nombre d’opérations à cœur ouvert pratiquées sur ces enfants.

“Une fois que le chirurgien a placé le tube pour la première fois, ces enfants doivent souvent subir deux ou trois interventions chirurgicales supplémentaires, voire quatre, juste pour se faire implanter un tube légèrement plus grand”, souligne Christopher Rodell, professeur agrégé d’ingénierie biomédicale à Drexel. Université aux États-Unis et membre de l’équipe de recherche et développement pour le nouveau shunt qui se dilate lorsqu’il est activé par la lumière.

L’intérieur de ce nouveau tube est agrandi par la simple application d’un cathéter électroluminescent inséré dans le shunt, éliminant ainsi le besoin d’interventions chirurgicales supplémentaires.

Ces malformations cardiaques congénitales affectent les cavités inférieures de l’organe, appelées ventricules, limitant le flux sanguin vers les poumons et d’autres parties du corps. Sans chirurgie, les bébés atteints de ces pathologies ne peuvent pas survivre. Ces bébés, souvent nés sous-dimensionnés, peuvent grandir rapidement après la première opération d’implantation d’un shunt. Pour s’adapter à votre croissance, les chirurgiens effectuent souvent une autre opération à cœur ouvert. Chaque fois que cette procédure est réalisée, un risque est créé pour l’enfant. Dans une étude portant sur 360 patients subissant la procédure initiale de reconstruction cardiaque, 41 ont nécessité une intervention chirurgicale supplémentaire pour implanter un shunt plus grand et 7 sont décédés.

Auparavant, Amy Throckmorton et Kara Spiller, toutes deux collègues de Rodell à l’Université Drexel, avaient construit un prototype extensible pour potentiellement remplacer le type de shunt le plus largement utilisé. Pour ce faire, ils ont enduit l’intérieur du tube d’un hydrogel contenant un réseau de polymères entourés d’eau liés entre eux par des liaisons appelées réticulations. La formation de nouvelles liaisons croisées force l’eau à sortir de l’hydrogel et lie les polymères entre eux, contractant l’hydrogel et élargissant l’intérieur du shunt. Dans la conception initiale, de nouvelles liaisons croisées se formaient automatiquement, sans déclencheur externe.

Rodell a rejoint Throckmorton et Spiller pour les aider à repenser le shunt afin que les matériaux soient sans danger pour une utilisation clinique et qu’il puisse être ajusté pour répondre aux besoins de chaque enfant. Pour ce faire, il a développé de nouveaux polymères pour un hydrogel qui formeraient de nouvelles liaisons croisées et augmenteraient le diamètre interne 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 démarrer 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», explique Rodell.

Pour le nouveau dispositif, Rodell et Akari Seiner et le reste de l’équipe ont adopté l’utilisation d’un cathéter à fibre optique, essentiellement un tube long et fin doté d’une pointe qui émet de la lumière. Pour activer l’hydrogel photosensible à l’intérieur du shunt, ils prévoient de demander aux chirurgiens d’insérer le cathéter dans une artère près de l’aisselle, puis de le mettre en position, éliminant ainsi le besoin d’ouvrir la poitrine du bébé.

Les chercheurs perfectionnent un shunt dont le diamètre intérieur s’agrandit lorsqu’il est exposé à un cathéter émettant de la lumière bleue, limitant ainsi le besoin d’interventions chirurgicales à cœur ouvert à haut risque pour remplacer le shunt à mesure que les enfants grandissent. (Photo : Akari Seiner / Christopher Rodell)

Lors d’expériences en laboratoire, ils ont découvert qu’ils pouvaient étendre le shunt progressivement, en faisant varier l’expansion en fonction de la durée de l’exposition à la lumière. Les résultats indiquent qu’une fois implantés, les réglages du shunt pourraient être personnalisés en fonction de l’enfant. Ils ont découvert qu’ils pouvaient dilater le shunt jusqu’à 40 %, augmentant ainsi 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 provoquait des caillots sanguins, une réponse inflammatoire ou d’autres réactions susceptibles de soulever des problèmes de santé potentiels.

Ensuite, l’équipe prévoit de tester des prototypes de shunt complets dans une configuration artificielle imitant le système circulatoire humain. Si ces expériences réussissent, les chercheurs visent à passer à des expériences sur des modèles animaux. La dernière étape serait celle des essais cliniques. 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 se heurte au même problème : les enfants ne sont pas de simples petits adultes ; Ils continuent de croître », explique Rodell. “C’est quelque chose que nous devons prendre en compte dans les biomatériaux, comment cette greffe se comportera dans le temps.”

L’équipe de recherche et développement a présenté publiquement le nouveau shunt et a présenté les détails techniques lors d’une récente réunion de l’American Chemical Society (ACS). (Source : ACS)