Des chercheurs dirigés par l'Université Northwestern et l'École de médecine de l'Université Washington à Saint-Louis ont développé un nouvel autocollant, le leading en son genre, qui permet aux cliniciens de surveiller la santé des organes et des tissus profonds des clients avec un straightforward appareil à ultrasons.
Lorsqu'il est attaché à un organe, le petit autocollant doux alter de forme en réponse aux changements de pH du corps, ce qui peut servir de signe d'alerte précoce pour des complications postopératoires telles que des fuites anastomotiques. Les cliniciens peuvent ensuite visualiser ces changements de forme en temps réel grâce à l’imagerie échographique.
Actuellement, aucune méthode existante ne peut détecter de manière fiable et non invasive les fuites anastomotiques, une condition potentiellement mortelle qui survient lorsque les liquides gastro-intestinaux s'échappent du système digestif. En révélant les fuites de ces fluides avec une sensibilité et une spécificité élevées, l'autocollant non invasif peut permettre des interventions moreover précoces qu'auparavant. Ensuite, lorsque le affected person est complètement rétabli, l’autocollant biocompatible et biorésorbable se dissout simplement, évitant ainsi la nécessité d’une extraction chirurgicale.
L'étude sera publiée vendredi 8 mars dans la revue Science. L'article présente des évaluations sur des modèles animaux petits et grands pour valider trois kinds différents d'autocollants fabriqués à partir de matériaux hydrogel adaptés à la capacité de détecter les fuites anastomotiques de l'estomac, de l'intestin grêle et du pancréas.
« Ces fuites peuvent provenir de perforations subtiles dans les tissus, souvent sous la forme d'espaces imperceptibles entre les deux côtés d'une incision chirurgicale », a déclaré John A. Rogers de Northwestern, qui a dirigé le développement du dispositif avec Jiaqi Liu, chercheur postdoctoral. « Ces sorts de défauts ne peuvent pas être vus directement avec les outils d'imagerie par ultrasons. Ils échappent également à la détection par
même les tomodensitogrammes et IRM les in addition sophistiqués. Nous avons développé une approche system et un ensemble de matériaux avancés pour répondre à ce besoin non satisfait en matière de surveillance des clients. La technologie a le potentiel d’éliminer les risques, de réduire les coûts et d’élargir l’accessibilité à des évaluations rapides et non invasives pour améliorer les résultats pour les people. »
« À l'heure actuelle, il n'existe aucun moyen efficace de détecter ce sort de fuites », a déclaré le chirurgien gastro-intestinal, le Dr Chet Hammill, qui a dirigé l'évaluation clinique et les études sur des modèles animaux à l'Université de Washington avec son collaborateur, le Dr Matthew MacEwan, professeur adjoint de neurochirurgie.. « La majorité des opérations dans l'abdomen – lorsque vous devez retirer quelque selected et le recoudre – comportent un risque de fuite. Nous ne pouvons pas empêcher complètement ces complications, mais peut-être pouvons-nous les détecter in addition tôt pour minimiser les dommages. Même si nous pouvions détecter une fuite 24 ou 48 heures moreover tôt, nous pourrions détecter les troubles avant que le individual ne devienne vraiment malade. Cette nouvelle technologie a le potentiel de changer complètement la façon dont nous surveillons les clients après une intervention chirurgicale.
Pionnier de la bioélectronique, Rogers est professeur Louis Simpson et Kimberly Querrey de science et d'ingénierie des matériaux, de génie biomédical et de chirurgie neurologique, avec des nominations à la McCormick School of Engineering et à la Feinberg University of Medication de l'Université Northwestern. Il dirige également l'Institut Querrey Simpson pour la bioélectronique. Au second de la recherche, Hammill était professeur agrégé de chirurgie à l’Université de Washington. Rogers, Hammill et MacEwan ont codirigé la recherche avec Heling Wang, professeur agrégé à l'Université Tsinghua de Pékin.
L’importance d’être en avance
Toutes les chirurgies gastro-intestinales comportent un risque de fuites anastomotiques. Si la fuite n'est pas détectée suffisamment tôt, le patient a 30 % de possibilities de passer jusqu'à 6 mois à l'hôpital et 20 % de possibilities de mourir, selon Hammill. Pour les clients qui se remettent d’une chirurgie pancréatique, les risques sont encore in addition élevés. Hammill affirme que 40 à 60 % des sufferers souffrent de troubles après une intervention chirurgicale liée au pancréas.
Le in addition gros problème est qu’il n’existe aucun moyen de prédire qui développera de telles complications. Et au second où le client présente des symptômes, il est déjà incroyablement malade.
« Les patients pourraient présenter de vagues symptômes associés à la fuite », a déclaré Hammill. « Mais ils viennent de subir une opération chirurgicale importante, il est donc difficile de savoir si les symptômes sont anormaux. Si nous pouvons le détecter tôt, nous pouvons alors drainer le liquide. Si nous le détectons furthermore tard, le individual peut contracter une septicémie et se retrouver dans «
À la recherche d'améliorations pour ses individuals, Hammill a contacté Rogers, dont le laboratoire se spécialise dans le développement de options methods pour relever les défis de santé. L'équipe de Rogers avait déjà développé une suite de dispositifs électroniques biorésorbables destinés à servir d'implants temporaires, notamment des stimulateurs cardiaques dissolvants, des stimulateurs nerveux et des analgésiques implantables.
Les systèmes biorésorbables ont éveillé l'intérêt de Hammill. Le as well as grand risque de développer une fuite anastomotique survient trois jours ou deux semaines après la chirurgie.
« Nous aimons surveiller les complications des individuals pendant approximativement 30 jours », a déclaré Hammill. « Avoir un appareil qui dure un mois puis disparaît me semblait idéal. »
Amélioration de l'échographie
Au lieu de développer de nouveaux systèmes d'imagerie, Rogers a émis l'hypothèse que son équipe pourrait être en mesure d'améliorer les méthodes d'imagerie actuelles, leur permettant ainsi de « voir » des caractéristiques qui autrement seraient invisibles. La technologie des ultrasons présente déjà de nombreux avantages : elle est peu coûteuse, facilement disponible, ne nécessite pas d'équipement encombrant et n'expose pas les patients aux radiations ou à d'autres risques.
Mais il y a bien sûr un inconvénient majeur. La technologie des ultrasons – qui utilise des ondes sonores pour déterminer la place, la forme et la structure des organes – ne peut pas différencier de manière fiable les différents fluides corporels. Le sang et le liquide gastrique, par exemple, semblent identiques.
« Les propriétés acoustiques des fluides qui s'échappent sont très similaires à celles des biofluides naturels et des tissus environnants », a déclaré Rogers. « Le besoin clinique exige cependant une spécificité chimique, au-delà du cadre des mécanismes fondamentaux qui créent le contraste dans les photos échographiques. »
En fin de compte, l'équipe de Rogers a conçu une approche pour surmonter cette limitation en utilisant de minuscules capteurs conçus pour être lisibles par imagerie ultrasonore. Additionally précisément, ils ont créé un petit autocollant adhésif en tissu à partir d’un matériau hydrogel souple, chimiquement réactif. Ensuite, ils ont incorporé de minuscules disques métalliques fins comme du papier dans les fines couches de cet hydrogel. Lorsque l’autocollant entre en contact avec des fluides acides, tels que l’acide gastrique, il gonfle. Lorsque l'autocollant entre en make contact with avec des fluides caustiques, tels que des fluides pancréatiques, il se contracte.
Rendre obvious l'invisible
À mesure que l’hydrogel gonfle ou rétrécit en réponse au changement de pH, les disques métalliques s’écartent ou se rapprochent, respectivement. Ensuite, l’échographie peut visualiser ces changements subtils de placement.
« Comme les propriétés acoustiques des disques métalliques sont très différentes de celles des tissus environnants, ils offrent un très fort contraste dans les visuals échographiques », a déclaré Rogers. « De cette façon, nous pouvons essentiellement » marquer « un organe à des fins de surveillance. » Parce que le besoin de surveillance ne s'étend que lors d'une récupération write-up-chirurgicale, l'équipe Rogers a conçu ces autocollants avec des matériaux biorésorbables. Ils disparaissent tout simplement de manière naturelle et sans danger dans l’organisme une fois qu’ils ne sont as well as nécessaires.
Le collaborateur informatique Yonggang Huang, titulaire de la chaire Jan et Marcia Achenbach en génie mécanique et professeur de génie civil et environnemental à McCormick, a utilisé des strategies de simulation acoustique et mécanique pour guider les choix optimisés de matériaux et de tendencies de dispositifs afin d'assurer une haute visibilité dans les pictures échographiques, même pour autocollants situés à des endroits profonds du corps.
a ajouté Hammill. « Le liquide peut apparaître sur une graphic tomodensitométrique, mais il y a toujours des collections de liquide après la chirurgie. Nous ne savons pas s'il s'agit réellement d'une fuite ou d'un liquide belly typical. Les informations que nous obtenons du nouveau patch sont bien as well as précieuses. Si nous pouvons voir que le pH est modifié, alors nous savons que quelque selected ne va pas. »
L'équipe de Rogers a fabriqué des autocollants de différentes tailles. Le as well as grand mesure 12 millimètres de diamètre, tandis que le furthermore petit ne mesure que 4 millimètres de diamètre. Considérant que les disques métalliques mesurent chacun 1 millimètre ou moins, Rogers s'est rendu compte qu'il pourrait être difficile pour les radiologues d'évaluer les photos manuellement. Pour surmonter ce défi, son équipe a également développé un logiciel capable d'analyser automatiquement les photos pour détecter avec une grande précision tout mouvement relatif des disques.
Améliorer la qualité de vie
Pour évaluer l'efficacité du nouvel autocollant, l'équipe de Hammill l'a testé sur des modèles animaux petits et grands. Dans les études, l'imagerie par ultrasons a systématiquement détecté des changements dans l'autocollant qui change de forme, même lorsqu'il se trouve à 10 centimètres de profondeur à l'intérieur des tissus. Lorsqu’il est exposé à des liquides dont le pH est anormalement élevé ou faible, l’autocollant improve de forme en quelques minutes.
Rogers et Hammill imaginent que le dispositif pourrait être implanté à la fin d'une intervention chirurgicale. Ou, parce qu'il est petit et flexible, le dispositif s'adapte également (enroulé) à l'intérieur d'une seringue, que les cliniciens peuvent utiliser pour injecter l'étiquette dans le corps.
« Ces étiquettes sont si petites, si fines et si souples que les chirurgiens peuvent facilement en placer des collections à différents endroits », a déclaré Rogers. « Par exemple, si une incision s'étend sur quelques centimètres de longueur, un ensemble de ces étiquettes peut être placé le long du site pour développer une carte du pH permettant de localiser précisément la posture de la fuite. »
« Il s'agit évidemment d'un leading prototype, mais je peux imaginer le produit last dans lequel, à la fin de l'intervention chirurgicale, vous placeriez simplement ces petits patchs à des fins de surveillance », a déclaré Hammill. « Il fait son travail puis disparaît complètement. Cela pourrait avoir un affect énorme sur les patients, leur temps de récupération et, à terme, leur qualité de vie. »
Ensuite, Rogers et son équipe explorent des étiquettes similaires qui pourraient détecter une hémorragie interne ou des changements de température. « La détection des changements de pH est un bon place de départ », a déclaré Rogerss. « Mais cette plateforme peut s'étendre à d'autres forms d'apps grâce à l'utilisation d'hydrogels qui répondent à d'autres changements dans la chimie locale, ou à la température ou à d'autres propriétés d'worth clinique. »
L'étude, intitulée « Structures biorésorbables adaptatives pour la surveillance par ultrasons de l'homéostasie des tissus profonds », a été soutenue par la Countrywide Science Basis, le National Cancer Institute et l'Institut Querrey-Simpson pour la bioélectronique.
