La première technologie endovasculaire qui accède aux capillaires

À l’EPFL, des scientifiques ont conçu une technique permettant de faire naviguer un appareil électronique, plus petit qu’un cheveu humain, à l'intérieur des vaisseaux sanguins et d'atteindre les artérioles. Des tests in vivo constituent la prochaine étape de la recherche.


Notre système cardiovasculaire est parfait. Il transporte de l’oxygène et des nutriments vers tous les tissus du corps humain à l’aide du sang qui circule dans les veines et artères. Lucio Pancaldi, doctorant, et Selman Sakar, professeur assistant, ont décidé d'exploiter l'énergie hydrocinétique (énergie mécanique résultant du mouvement des liquides) pour atteindre certains endroits du corps humain sans avoir recours à des méthodes invasives. « La plus grande partie du cerveau reste inaccessible, car les outils existants s’avèrent encombrants, et il est extrêmement difficile de naviguer dans le minuscule et tortueux système vasculaire cérébral sans provoquer de lésions tissulaires », explique Selman Sakar.

Miniaturisation des techniques endovasculaires

Les médecins peuvent accéder aux artères des patients en poussant et en tournant des fils de guidage, puis en faisant glisser des tubes creux appelés cathéters. Dès que ces dernières rétrécissent, en particulier dans le cerveau, la technique d’avancement montre ses limites. Les scientifiques du laboratoire des systèmes microbiorobotiques, en collaboration avec le groupe du professeur Diego Ghezzi, ont conçu un dispositif microscopique qui pourrait s’introduire dans les capillaires avec une vitesse et une facilité sans précédent. « Notre technologie ne remplace pas un cathéter conventionnel, mais vient la compléter », précise Lucio Pancaldi-Guibbini.

Un capteur de débit endovasculaire ultraflexible qui est guidé par des champs magnétiques © Alain Herzog / 2020 EPFL

Un hameçon dans une rivière

Le dispositif est composé d’une pointe et un corps ultraflexible en polymères biocompatibles « C’est comme si l’on jetait un hameçon de canne à pêche dans une rivière. Il va être transporté par le courant. Il suffit de retenir l’extrémité de l'appareil et de laisser le sang l’entraîner vers les tissus les plus périphériques. Nous faisons tourner doucement l'extrémité magnétique du dispositif aux bifurcations pour choisir un chemin spécifique », explique Lucio Pancaldi. Comme aucune force mécanique n’est appliqué sur les parois des vaisseaux sanguins, le risque de causer des dommages est faible. L'exploitation du flux sanguin pourrait réduire la durée de l'opération de plusieurs heures à quelques minutes. 

La carte géographique du système vasculaire

L’activation de l'appareil et la direction magnétique sont contrôlées par ordinateur. Il n'y a pas besoin de retour d'effort puisque la pointe du dispositif ne pousse pas contre les parois des vaisseaux sanguins. « Nous pouvons imaginer qu'un robot chirurgical utilisera la carte détaillée du système vasculaire fournie par une IRM ou un scanner du patient pour guider de manière autonome le dispositif vers sa destination. L'ajout de l'intelligence artificielle transformerait les opérations endovasculaires. Alternativement, un programme informatique pourrait également utiliser les informations visuelles fournies par un fluoroscope pour localiser l'appareil et calculer une trajectoire en temps réel afin de faciliter l’opération manuelle", explique Selman Sakar.

Représentation schématique mettant en évidence les caractéristiques de la navigation par flux. La puissance hydrocinétique est exploitée pour propulser des sondes microscopiques injectables par seringue, assurant une navigation autonome et l'évitement des obstacles. Les champs magnétiques permettent de diriger la sonde pour accéder sans fil aux artères filles cibles. © 2020 EPFL

Les chercheurs de la faculté des sciences et techniques de l’ingénieur ont testé leur dispositif à l’intérieur de capillaires artificiels. La prochaine étape se réalisera sur des animaux, à l'aide d’un système d'imagerie de pointe. Les scientifiques souhaitent aussi développer d’autres dispositifs avec une gamme d'actionneurs et de capteurs embarqués

Financement

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Auteur: Valérie Geneux
Source: EPFL