Un nouvel outil de haute précision pour l'ophtalmologie

Ce nouvel instrument microscopique permet d’atteindre la précision et la stabilité nécessaire pour traiter les occlusions veineuses rétiniennes. © Instant-Lab

Ce nouvel instrument microscopique permet d’atteindre la précision et la stabilité nécessaire pour traiter les occlusions veineuses rétiniennes. © Instant-Lab

Des chercheurs de l'EPFL ont contribué au développement d’un outil doté d'un mécanisme microscopique en verre qui permet d'injecter très précisément un médicament dans les veines rétiniennes. Ce dispositif unique répond à un besoin concret des chirurgiens et leur offre une stabilité et une précision nouvelle.

Lors de la Journée de la Recherche du 11 septembre à l’EPFL Neuchâtel, un outil chirurgical unique et novateur a été présenté. Baptisé SPOT-RVC pour Safe Puncture Optimized Tool for Retinal Vein Cannulation, le projet a fait l’objet de plusieurs publications, dont l’une dernièrement dans le Journal of Medical Devices. Il est issu d’un projet Innosuisse impliquant comme partenaires académiques, les laboratoires de la faculté des Sciences et Techniques de l'ingénieur Instant-Lab et Galatea du campus EPFL Neuchâtel, ainsi que l’Hôpital ophtalmique Jules-Gonin de Lausanne, et comme partenaire industriel en charge de l’implémentation, l’entreprise tessinoise FEMTOprint.

SPOT-RVC est un dispositif médical miniaturisé de haute précision. Cet outil long de six centimètres et épais de seulement un millimètre contient un minuscule canal de la taille d'un cheveu, ainsi qu’un mécanisme à lames flexibles très sophistiqué. Entièrement fabriqué en verre, il est destiné à être introduit dans l’œil du patient pour injecter un fluide thérapeutique dans les veines de la rétine.

Le dispositif médical miniaturisé de haute précision, SPOT-RVC © Instant-Lab

La création de cet outil découle d’un besoin concret de chirurgie ophtalmique. «Le but de ce projet était de trouver un traitement chirurgical pour l’occlusion de la veine centrale qui bloque la sortie du sang de l’œil. Ce traitement n’existe pas pour le moment, on ne fait que traiter les complications de cette maladie», déclare le professeur Thomas J. Wolfensberger, directeur médical à l’Hôpital ophtalmique Jules-Gonin.

En effet, lorsque des caillots sanguins se forment dans la veine rétinienne, ils limitent l’apport en oxygène au niveau de la rétine, ce qui entraîne une sévère et brusque perte de vision. Ces occlusions veineuses rétiniennes touchent plus de 16 millions de personnes dans le monde avec une prédominance pour les personnes âgées.

Micromécanique et microfluidique intégrées

Grâce au nouvel outil SPOT-RVC, il sera possible d’injecter en toute sécurité un médicament dissolvant les caillots dans les veines rétiniennes. Et ceci sans endommager les tissus.

«L’un des problèmes majeurs à relever était le fait que, vu leur dimension et la fragilité de leur paroi, il est difficile de pénétrer à l’intérieur d’une veine en évitant une surperforation. Comme lorsque l’on veut percer une planche avec une perceuse, il y a une tendance à passer complètement au travers», explique le Dr Charles Baur, chercheur à l’Instant-Lab et à l’origine de ce concept d’instruments chirurgicaux.

Le laboratoire a alors utilisé son expertise de micromécanique pour les structures flexibles et les systèmes multistables pour développer un système qui permet de passer d’un état stable à un autre à très haute vitesse (de l’ordre de la milliseconde), de manière contrôlée, tout en gardant des dimensions microscopiques (diamètre inférieur à 1 mm). «Avec ce mécanisme de perforation dynamique contrôlée en force et en course de pénétration de l’aiguille, la veine n’a pas le temps de se déformer. De plus, la force de perforation est indépendante de la force exercée par la main du chirurgien, ce qui limite le risque de surperforation», poursuit-il.

SPOT-RVC intègre une autre nouveauté importante : un canal microscopique et déformable qui s’étend sur toute la longueur du dispositif jusqu’à la pointe de l’aiguille et permet l’injection du médicament. Cet élément de microfluidique résulte d’une innovation technique du laboratoire Galatea de l’EPFL qui permet aujourd’hui de créer des microcanaux de formes et longueurs arbitraires.

Autre spécificité du dispositif : il est formé d’une seule et unique pièce en verre de silice (SiO2). «Le fait qu’il soit monolithique signifie qu’il n’y a aucune étape de montage. Avec plusieurs pièces, l’assemblage aurait été pratiquement impossible et il aurait été beaucoup plus difficile de garantir la stérilité de l’outil», indique le chercheur. Ceci a été rendu possible grâce à l’expertise unique de FEMTOprint dans l’intégration de fonctionnalités diverses, comme la mécanique et la fluidique dans un volume réduit et avec des précisions inégalées, dans des dispositifs complexes industrialisables. L’entreprise a utilisé sa plateforme d’impression 3D de haute précision avec laser ultrarapide pour produire le dispositif. Dans ce domaine particulier, le laboratoire Galatea, de par son expertise, apporte un soutien académique dans la compréhension fondamentale des procédés de structuration et modification de la matière à base de lasers ultra-rapides ainsi que dans la création de dispositifs complexes en verre, en particulier optomécaniques et optofluidiques.

Gagnant d’un prix au salon suisse de la haute précision

Les qualités du projet SPOT-RVC ont déjà été reconnues : en juin dernier, FEMTOprint l’a présenté au salon suisse de la haute précision (EPHJ) à Genève et a obtenu le Grand Prix des Exposants 2019. Un résultat prometteur.

Pour l’heure, le projet en est encore au stade des prototypes. «Les tests in vitro et in vivo sont concluants. Il faut maintenant passer aux tests précliniques et aux phases de certification et d’industrialisation qui demandent un grand investissement de la part du partenaire industriel», ajoute Charles Baur. «Nous espérons vraiment qu’il deviendra un jour un produit disponible dans le monde médical.»

Découvrez le mécanisme en vidéo sur https://www.youtube.com/watch?v=1ZNGuvkzNsE&feature=youtu.be .

Références

Zanaty M. et al. Programmable Multistable Mechanisms for Safe Surgical Puncturing. ASME. J. Med. Devices. 2019;13(2):021002-021002-10. doi:10.1115/1.4043016.



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Le dispositif médical miniaturisé de haute précision, SPOT-RVC © Instant-Lab
Le dispositif médical miniaturisé de haute précision, SPOT-RVC © Instant-Lab
Le dispositif médical miniaturisé de haute précision, SPOT-RVC © Instant-Lab
Le dispositif médical miniaturisé de haute précision, SPOT-RVC © Instant-Lab

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