Des chercheurs du MIT ont mis au point un adhésif tissulaire imprimable en 3D qui présente une adhérence tissulaire supérieure, des capacités de scellement rapide dans divers scénarios chirurgicaux et une caractéristique unique de répulsion du sang.
Cette technologie recèle un immense potentiel pour révolutionner le traitement des plaies et les applications des dispositifs biomédicaux.
Les adhésifs tissulaires constituent des alternatives aux méthodes traditionnelles de fermeture des plaies telles que les sutures et les agrafes, offrant des avantages tels que la réduction des traumatismes tissulaires, une application plus rapide et une cicatrisation potentiellement réduite.
Malgré l’efficacité des adhésifs traditionnels, leur application fastidieuse et délicate, ainsi que l’inconfort qu’ils procurent aux patients, ont suscité la recherche de solutions innovantes.
Par exemple, ils peuvent être moins efficaces pour sceller des tissus de forme irrégulière ou très mobiles.
En outre, l’application des adhésifs traditionnels peut nécessiter une main-d’œuvre importante, ce qui prolonge la durée de l’intervention chirurgicale.
En outre, ces méthodes peuvent endommager les tissus et les matériaux eux-mêmes ne s’intègrent pas toujours parfaitement au corps.
Les innovations en matière d’adhésifs tissulaires visent à pallier ces inconvénients en proposant des solutions plus polyvalentes, plus efficaces et plus conviviales pour les patients.
Le développement d’adhésifs tissulaires imprimables en 3D, comme le montre la recherche du MIT, introduit une nouvelle dimension dans la fermeture des plaies et la réparation des tissus.
Medical Xpress s’est entretenu avec le premier auteur de l’étude, Sarah Wu, doctorante au département de génie mécanique du MIT, qui travaille sous la direction du professeur Xuanhe Zhao.
Notre groupe de recherche s’est intéressé au développement de matériaux adhésifs pour les tissus en raison de leur capacité à sceller et à réparer les plaies par voie atraumatique », explique-t-elle.
« En tant qu’ingénieure mécanique, j’ai également été fascinée par l’impression 3D et la polyvalence de fabrication qu’elle offre.
Le fait de penser aux possibilités offertes par les adhésifs tissulaires imprimables en 3D, tels que les patchs personnalisés et les dispositifs souples bio-intégrés, nous a incités à explorer de nouvelles solutions matérielles. »
Composants et fabrication de l’adhésif tissulaire
« Notre recherche s’est concentrée sur le développement d’un adhésif tissulaire imprimable en 3D capable de créer des patchs et des dispositifs d’étanchéité personnalisés », a déclaré Wu.
Les chercheurs ont formulé une encre adhésive tissulaire composée de poly(acide acrylique) greffé sur du polyuréthane. Cette composition unique est essentielle pour assurer une forte adhérence aux tissus, avec des groupes fonctionnels chimiques spécifiques responsables de la formation d’une liaison sûre avec les tissus biologiques.
Pour améliorer sa fonctionnalité, l’équipe a incorporé à la structure de l’adhésif une matrice hydrophobe qui repousse le sang.
La matrice agit comme une barrière protectrice, essentielle pour empêcher le contact direct avec les fluides corporels et maintenir l’intégrité de l’adhésif, en particulier dans des conditions difficiles telles que celles que l’on trouve dans les tissus qui saignent.
Le processus complexe commence avec précision, l’encre de l’adhésif tissulaire étant imprimée en 3D sur une lame de verre à revêtement hydrophobe, créant un motif avec des espaces vides circulaires pour les électrodes.
Ce revêtement joue un rôle essentiel pour garantir l’efficacité de l’adhésif, en particulier en présence de fluides corporels.
Une couche isolante à base de polyuréthane est ensuite imprimée sur la couche adhésive. Cette couche isolante améliore la fonctionnalité et la stabilité de l’adhésif pendant l’application.
Ensuite, les chercheurs ont utilisé une encre conductrice d’argent pour imprimer en 3D des électrodes et des circuits sur la structure.
Cette étape illustre la multifonctionnalité de l’adhésif, qui permet l’intégration potentielle de composants électroniques si des applications spécifiques l’exigent.
Les chercheurs ont également ajouté des diodes électroluminescentes au circuit en utilisant une petite quantité d’encre d’argent.
Cet ajout démontre de manière éclatante la polyvalence de l’adhésif, ce qui laisse entrevoir des applications potentielles dans les dispositifs bio-intégrés.
Le patch bioélectronique fabriqué est ensuite collé sur un cœur de porc ex vivo, et une source d’énergie est utilisée pour faire passer un courant dans le tissu, confirmant l’illumination des diodes électroluminescentes et soulignant les capacités bioélectroniques de l’adhésif.
Avec une précision systématique, les chercheurs ont appliqué les patchs fabriqués à différents défauts tissulaires et les ont soumis à une batterie de tests.
Ceux-ci comprennent la caractérisation de l’adhérence, des évaluations rhéologiques et mécaniques, et des études de biocompatibilité menées dans le cadre d’une série d’expériences in vivo sur des rats.
Caractéristique unique : Infusion répulsive du sang
L’adhésif tissulaire imprimable en 3D a démontré une supériorité remarquable en termes de performance d’adhésion tissulaire par rapport aux produits commerciaux existants.
Cette performance est soulignée par ses capacités de scellement rapide des tissus dans divers scénarios chirurgicaux.
Au cours de la recherche, une avancée inattendue est apparue : la possibilité d’infuser l’adhésif avec un fluide répulsif pour le sang.
« La possibilité d’infuser la structure poreuse de notre adhésif imprimé avec un fluide répulsif pour le sang a permis l’adhésion même à des tissus fortement hémorragiques.
La plupart des matériaux adhésifs pour tissus échouent généralement dans des environnements sanglants, ce qui rend difficile l’hémostase », a expliqué M. Wu.
L’utilisation d’une matrice hydrophobe protectrice a encore amélioré la fonctionnalité de l’adhésif, en créant une barrière qui le protège des fluides corporels, ce qui est crucial pour maintenir son intégrité, en particulier dans les scénarios de saignement difficiles.
La perfusion répulsive du sang, une caractéristique transformatrice, positionne leur adhésif tissulaire imprimable en 3D à l’avant-garde des matériaux biomédicaux.
Elle permet de relever les défis communs auxquels sont confrontés les adhésifs existants dans les environnements où le flux sanguin est important, ce qui ouvre la voie à diverses applications allant de la fermeture des plaies à d’éventuels dispositifs bio-intégrés.
Les patchs tissulaires bioadhésifs imprimés en 3D ont fait preuve d’une résistance et d’une robustesse remarquables sur de nombreux tissus.
Les tests mécaniques ont démontré leur résistance aux forces de cisaillement, aux pressions d’éclatement et aux charges de traction, ce qui indique qu’ils conviennent à divers environnements physiologiques.
Des études de biocompatibilité ont confirmé leur sécurité, avec une cytotoxicité minimale observée, et des modèles in vivo, y compris des réparations de la trachée, du côlon, du foie et de l’artère fémorale, ont montré une adhésion et une intégration réussies dans les tissus environnants.
L’imagerie micro-CT a fourni des informations quantitatives sur la régénération des tissus après la chirurgie, établissant la robustesse et l’efficacité de ces patchs.
Dispositifs de contact avec les tissus et solutions de réparation des tissus
Les capacités de l’adhésif tissulaire imprimable en 3D pourraient non seulement révolutionner la fermeture des plaies, mais aussi laisser entrevoir de vastes applications dans divers dispositifs d’interface tissulaire.
M. Wu explique : « Grâce à ses capacités de fabrication polyvalentes, notre adhésif imprimable en 3D pourrait être utilisé dans toute une série de dispositifs biomédicaux, y compris des capteurs et des systèmes d’administration de médicaments.
« Par exemple, il peut améliorer la stabilité des capteurs bio-intégrés en fournissant une interface fiable pour le transfert des signaux. De même, il peut faciliter l’administration localisée de médicaments dans les tissus ».
Les chercheurs espèrent se concentrer à l’avenir sur le développement de dispositifs d’interface avec les tissus mous, l’adhésif étant un composant essentiel.
« L’utilisation de l’imprimabilité 3D de notre matériau ouvre des possibilités intéressantes pour la conception de patchs ayant des propriétés spécifiques aux tissus, ouvrant ainsi la voie à des solutions de réparation tissulaire plus personnalisées », a conclu M. Wu.
Source: https://medicalxpress.com/news/2024-02-3d-printable-tissue-adhesive-standard.html
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