Un nouveau dispositif a le potentiel d’offrir une alternative aux opioïdes et autres drogues hautement addictives – –

Le dispositif biocompatible et soluble dans l’eau s’enroule 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 à distance l’appareil puis d’augmenter ou de diminuer son intensité. Une fois que l’appareil n’est plus nécessaire, il est naturellement absorbé par le corps, éliminant ainsi le besoin d’une extraction chirurgicale.

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

L’étude est 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 puissants, 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 – d’une manière qui peut être activée et désactivée instantanément, avec le contrôle de l’utilisateur sur l’intensité du soulagement. » La technologie présentée ici exploite des mécanismes qui présentent certaines similitudes avec ceux qui provoquent l’engourdissement de vos doigts lorsqu’il fait froid. Notre implant permet de générer cet effet directement et localement sur les nerfs ciblés, même ceux situés en profondeur dans les tissus mous environnants, de manière programmable.

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 Feinberg School of Medicine de la Northwestern University. Il est également 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 utilise un concept simple et général 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 vaporisé à un endroit spécifique sur un nerf sensoriel.

« Lorsque vous refroidissez un nerf, les signaux qui voyagent le long du nerf ralentissent et ralentissent – ils 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 transmettent les stimuli sensoriels, y compris la douleur. En conférant un effet de refroidissement à seulement un ou deux nerfs cibles, nous pouvons moduler efficacement la signalisation de la 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 la vaporisation immédiate du liquide. En même temps, un petit capteur intégré surveille la température du nerf pour s’assurer qu’il ne refroidit pas trop, 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 automatiquement ajustés pour définir un point qui bloque la douleur de manière réversible et sûre. Les travaux en cours tentent de 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. Par exemple, les chercheurs ont déjà exploré la cryothérapie injectée avec une aiguille. Plutôt que 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.

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

« Vous ne voulez pas refroidir par inadvertance d’autres nerfs ou tissus sans rapport avec le nerf transportant les stimuli douloureux », a déclaré MacEwan. « Nous voulons bloquer les signaux de la douleur, pas les nerfs qui contrôlent les fonctions motrices et vous permettent d’utiliser votre main, par exemple. »

Des chercheurs antérieurs se sont également penchés sur les bloqueurs nerveux, qui utilisent la stimulation électrique pour faire taire les stimuli douloureux. Ceux-ci ont aussi des limites.

« Vous ne pouvez pas désactiver 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 la naturopathie. Puis, en 2021, Rogers et ses collègues ont présenté un stimulateur cardiaque transitoire, publié dans biotechnologie naturelle.

Tous les composants des dispositifs sont biocompatibles et sont naturellement absorbés dans les biofluides du corps au cours de jours ou de semaines sans nécessiter d’extraction chirurgicale. Les dispositifs biorésorbables sont totalement inoffensifs – similaires aux fils résorbables.

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

« Lorsque vous pensez aux tissus mous, aux nerfs fragiles et à un corps en mouvement constant, chaque 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 voulez que l’appareil disparaisse simplement lorsqu’il n’est plus nécessaire pour éviter les procédures de retrait chirurgical délicates et risquées. »

L’étude, Soft, Bioresorbable Coolers for Reversible Peripheral Nerve Conduction Block, 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 subvention CMM1635443).