Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis ont conçu un dispositif implantable destiné à l’administration de médicaments qui, selon leurs espoirs, pourrait aider à prévenir la récurrence du glioblastome.
Cet appareil comprend un réservoir délivrant des médicaments sur une période prolongée, accompagné de transducteurs à ultrasons qui utilisent des ondes acoustiques pour favoriser la diffusion des médicaments à travers le cerveau et franchir la barrière hémato-encéphalique.
UN IMPLANT ALLIANT MÉDICAMENTS ET ULTRASONS
Tel que décrit dans un article publié dans la revue ‘Device’, ce dispositif pourrait être implanté dans le cerveau lors d’une chirurgie et libérer progressivement des médicaments qui aideraient à éliminer les cellules tumorales résiduelles. Après l’implantation, un contrôleur sans fil permettrait de programmer les doses exactes d’ultrasons qui seront administrées, élargissant ainsi le champ de la thérapie.
« Nous disposons de 24 transducteurs dans un seul système d’ultrason, ce qui peut aider un médicament donné à traverser la barrière hémato-encéphalique et améliorer son infusion. Le dispositif offre également aux médecins des options quant à la taille, à la longueur et au nombre d’infusions », développe Canan Dagdeviren, professeure associée d’arts et sciences des médias au MIT et autrice principale de l’étude.
De cette manière, les chercheuses démontrent que leur dispositif ultrasonique permet que les molécules se propagent plus loin après leur libération, tant dans les modèles tissulaires que dans une étude sur des rongeurs.
Les médicaments de chimiothérapie sont généralement administrés sous forme de comprimés ou par perfusion intraveineuse, mais ces dernières années, les scientifiques ont développé des implants de médicaments, tels que des plaques et des hydrogel, qui peuvent être implantés directement dans le crâne. Cela peut aider à réduire les effets secondaires de la chimiothérapie et garantir qu’une concentration plus élevée du médicament atteigne le cerveau. Ces dispositifs fonctionnent par diffusion passive des médicaments, mais l’équipe du MIT voulait concevoir un nouvel appareil permettant un meilleur contrôle du moment de libération du médicament. Ils souhaitaient également intégrer des matrices d’ultrasons pour améliorer la distribution des molécules du médicament.
TESTS PRÉLIMINAIRES SUR DES MODÈLES TISSULAIRES ET SUR DES SOURIS
Des recherches antérieures ont montré que l’ultrason aide à disperser les molécules des médicaments de manière plus large, en créant des flux convectifs qui facilitent leur déplacement sur de plus grandes distances. Les oscillations mécaniques générées par les ondes ultrasonores augmentent temporairement la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique, ce qui aide les molécules des médicaments à atteindre le cerveau.
Les chercheuses avaient auparavant conçu une micro-cannule aussi fine qu’un cheveu humain, capable d’être implantée dans le cerveau pour administrer des médicaments. Elles avaient aussi créé un implant nommé ImPULS, qui utilise de petits transducteurs à ultrasons pour fournir une stimulation cérébrale profonde.
Dans la nouvelle étude, l’équipe de recherche a combiné ces technologies pour créer LUCID (Dispositif d’Injection Convective Améliorée par Ultrason à Long Terme), un implant flexible aussi fin qu’une feuille de carton. Une canule d’administration des médicaments est imprimée en 3D directement sur une matrice de 24 transducteurs à ultrasons miniatures. Ces transducteurs génèrent des ondes ultrasonores juste à l’extrémité de l’aiguille, ce qui aide les molécules du médicament à se diffuser plus profondément dans le tissu après leur libération.
« Atteindre qu’un médicament parvienne au cerveau n’est qu’une partie du défi. Il doit également se diffuser dans le tissu environnant. Nous avons intégré un canal d’administration et une petite matrice d’ultrasons dans un seul implant pour aider les molécules à atteindre une zone plus vaste, même lors d’une perfusion lente », expliquent les auteures.
Le réservoir de l’implant contient environ 100 microlitres de liquide, et l’infusion se réalise par une pompe osmose passive. L’ultrason peut être contrôlé sans fil via Bluetooth. L’appareil comprend également une petite batterie rechargeable sans fil.
Dans des tests réalisés avec un « fantôme tissulaire » (un matériau gélatineux conçu pour imiter le tissu humain), les chercheurs ont démontré que l’administration assistée par ultrasons dispersait les molécules du médicament beaucoup plus loin que lorsque les médicaments étaient administrés sans ultrasons.
« En améliorant cette distribution de manière locale et programmable par ultrasons, on peut réduire la toxicité systémique sur les organes non touchés, tout en augmentant les chances que la thérapie atteigne les cellules tumorales situées dans la zone affectée », soulignent les autrices.
Les chercheuses ont également testé leur système chez des souris, en l’utilisant pour administrer un agent de contraste pour l’IRM. Lorsque l’ensemble des ultrasons a été activé, l’agent de contraste s’est propagé plus largement dans le cerveau que lorsque les ultrasons n’étaient pas utilisés.
Selon les chercheuses, si ce dispositif était développé pour une utilisation chez les patients, la canule d’administration du médicament et l’ensemble des ultrasons seraient placés à l’intérieur du crâne, tandis que la partie du dispositif contenant la batterie et d’autres composants électroniques pourrait rester à l’extérieur du crâne.
En plus d’administrer des médicaments de faible poids moléculaire, cette technologie pourrait aussi être utilisée pour délivrer des immunothérapies ou des acides nucléiques, y compris les thérapies géniques. De même, elle pourrait potentiellement être utilisée sur d’autres organes que le cerveau.
« Nous avons commencé par le cerveau comme prolongement de notre technologie ImPULS, mais éventuellement elle pourra être utilisée pour d’autres traitements des tissus mous, pour différents types de médicaments et pour diverses interventions sur les tissus profonds du corps. Nous démontrons que nous pouvons distribuer toute charge utile de manière plus efficace », concluent les auteures.
