Un nouvel appareil a le potentiel de fournir une alternative aux opioïdes et autres drogues hautement addictives


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  • Une équipe de chercheurs dirigée par la Northwestern University a mis au point un petit implant souple et flexible qui soulage la douleur à la demande et sans l’utilisation de médicaments. Le premier dispositif du genre pourrait fournir une alternative indispensable aux opioïdes et autres médicaments hautement addictifs.

    L’appareil biocompatible et soluble dans l’eau fonctionne en s’enroulant doucement autour des nerfs pour fournir un refroidissement précis et ciblé, qui engourdit les nerfs et bloque les signaux de douleur au cerveau. Une pompe externe permet à l’utilisateur d’activer l’appareil à distance puis d’augmenter ou de diminuer son intensité. Une fois que l’appareil n’est plus nécessaire, il s’absorbe naturellement dans le corps, évitant ainsi la nécessité d’une extraction chirurgicale.

    Les chercheurs pensent que l’appareil a le potentiel d’être le plus utile pour les patients qui subissent des chirurgies de routine ou même des amputations qui nécessitent généralement des médicaments postopératoires. Les chirurgiens pourraient implanter le dispositif pendant la procédure pour aider à gérer la douleur postopératoire du patient.

    L’étude sera publiée dans le numéro du 1er juillet de la revue La science. L’article décrit la conception du dispositif et démontre son efficacité dans un modèle animal.

    « Bien que les opioïdes soient extrêmement efficaces, ils sont également extrêmement addictifs », a déclaré John A. Rogers de Northwestern, qui a dirigé le développement de l’appareil. « En tant qu’ingénieurs, nous sommes motivés par l’idée de traiter la douleur sans médicaments – de manière à pouvoir être activés et désactivés instantanément, avec un contrôle de l’utilisateur sur l’intensité du soulagement. La technologie rapportée ici exploite des mécanismes qui présentent certaines similitudes avec ceux qui engourdissent vos doigts lorsqu’ils sont froids. Notre implant permet de produire cet effet de manière programmable, directement et localement sur les nerfs ciblés, même ceux situés en profondeur dans les tissus mous environnants.

    Pionnier de la bioélectronique, Rogers est titulaire de la chaire Louis Simpson et Kimberly Querrey de science et génie des matériaux, de génie biomédical et de chirurgie neurologique à la McCormick School of Engineering et à la Northwestern University Feinberg School of Medicine. Il est également le directeur fondateur du Querrey Simpson Institute for Bioelectronics. Jonathan Reeder, ancien Ph.D. candidat au laboratoire de Rogers, est le premier auteur de l’article.

    Comment ça fonctionne

    Bien que le nouvel appareil puisse ressembler à de la science-fiction, il s’appuie sur un concept simple et commun que tout le monde connaît : l’évaporation. Semblable à la façon dont l’évaporation de la sueur refroidit le corps, l’appareil contient un liquide de refroidissement qui est amené à s’évaporer à l’emplacement spécifique d’un nerf sensoriel.

    « Lorsque vous refroidissez un nerf, les signaux qui traversent le nerf deviennent de plus en plus lents et finissent par s’arrêter complètement », a déclaré le co-auteur de l’étude, le Dr Matthew MacEwan de la faculté de médecine de l’Université de Washington à St. Louis. « Nous ciblons spécifiquement les nerfs périphériques, qui relient votre cerveau et votre moelle épinière au reste de votre corps. Ce sont les nerfs qui communiquent les stimuli sensoriels, y compris la douleur. En fournissant un effet de refroidissement à seulement un ou deux nerfs ciblés, nous pouvons modulent efficacement les signaux de douleur dans une région spécifique du corps. »

    Pour induire l’effet de refroidissement, l’appareil contient de minuscules canaux microfluidiques. Un canal contient le liquide de refroidissement (perfluoropentane), qui est déjà cliniquement approuvé comme agent de contraste ultrasonore et pour les inhalateurs sous pression. Un deuxième canal contient de l’azote sec, un gaz inerte. Lorsque le liquide et le gaz s’écoulent dans une chambre commune, une réaction se produit qui provoque l’évaporation rapide du liquide. Simultanément, un minuscule capteur intégré surveille la température du nerf pour s’assurer qu’il ne fait pas trop froid, ce qui pourrait endommager les tissus.

    « Un refroidissement excessif peut endommager le nerf et les tissus fragiles qui l’entourent », a déclaré Rogers. « La durée et la température du refroidissement doivent donc être contrôlées avec précision. En surveillant la température au niveau du nerf, les débits peuvent être ajustés automatiquement pour fixer un point qui bloque la douleur de manière réversible et sûre. Des travaux en cours visent à définir l’ensemble complet des seuils de temps et de température en dessous desquels le processus reste entièrement réversible. »

    Puissance de précision

    Alors que d’autres thérapies de refroidissement et bloqueurs de nerfs ont été testés expérimentalement, tous ont des limites que le nouveau dispositif surmonte. Auparavant, les chercheurs ont exploré les cryothérapies, par exemple, qui sont injectées avec une aiguille. Au lieu de cibler des nerfs spécifiques, ces approches imprécises refroidissent de vastes zones de tissus, entraînant potentiellement des effets indésirables tels que des lésions tissulaires et une inflammation.

    À son point le plus large, le petit appareil de Northwestern ne mesure que 5 millimètres de large. Une extrémité est enroulée dans un brassard qui s’enroule doucement autour d’un seul nerf, évitant ainsi le besoin de sutures. En ciblant précisément uniquement le nerf affecté, l’appareil évite aux régions environnantes un refroidissement inutile, ce qui pourrait entraîner des effets secondaires.

    « Vous ne voulez pas refroidir par inadvertance d’autres nerfs ou des tissus qui ne sont pas liés au nerf transmettant les stimuli douloureux », a déclaré MacEwan. « Nous voulons bloquer les signaux de la douleur, pas les nerfs qui contrôlent la fonction motrice et vous permettent d’utiliser votre main, par exemple. »

    Les chercheurs précédents ont également exploré les bloqueurs nerveux qui utilisent la stimulation électrique pour faire taire les stimuli douloureux. Ceux-ci ont aussi des limites.

    « Vous ne pouvez pas fermer un nerf avec une stimulation électrique sans l’activer d’abord », a déclaré MacEwan. « Cela peut provoquer des douleurs ou des contractions musculaires supplémentaires et n’est pas idéal, du point de vue du patient. »

    Acte de disparition

    Cette nouvelle technologie est le troisième exemple de dispositifs électroniques biorésorbables du laboratoire Rogers, qui a introduit le concept d’électronique transitoire en 2012, publié dans La science. En 2018, Rogers, MacEwan et leurs collègues ont présenté le premier dispositif électronique biorésorbable au monde, un implant biodégradable qui accélère la régénération nerveuse, publié dans Médecine naturelle. Puis, en 2021, Rogers et ses collègues ont introduit un stimulateur cardiaque transitoire, publié dans Biotechnologie naturelle.

    Tous les composants des dispositifs sont biocompatibles et s’absorbent naturellement dans les biofluides du corps au fil des jours ou des semaines, sans nécessiter d’extraction chirurgicale. Les dispositifs biorésorbables sont totalement inoffensifs – similaires aux points de suture résorbables.

    De l’épaisseur d’une feuille de papier, le dispositif de refroidissement des nerfs doux et élastique est idéal pour traiter les nerfs très sensibles.

    « Si vous pensez aux tissus mous, aux nerfs fragiles et à un corps en mouvement constant, tout dispositif d’interface doit avoir la capacité de fléchir, de se plier, de se tordre et de s’étirer facilement et naturellement », a déclaré Rogers. « De plus, vous aimeriez que l’appareil disparaisse simplement une fois qu’il n’est plus nécessaire, pour éviter des procédures délicates et risquées d’ablation chirurgicale. »

    L’étude, « Glacières souples et biorésorbables pour le bloc de conduction réversible des nerfs périphériques », a été soutenue par le Phil and Penny Knight Campus for Accelerating Scientific Impact, le Querrey Simpson Institute for Bioelectronics et la National Science Foundation (numéro de prix CMM1635443).

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