Un moyen plus simple de retirer les dispositifs médicaux

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En tirant parti d'un phénomène conduisant à des fractures du métal, des chercheurs du MIT ont conçu des dispositifs médicaux qui pourraient être utilisés à l'intérieur du corps comme stents, agrafes ou dépôts de médicaments, puis démantelés en toute sécurité à la demande lorsqu'ils ne sont plus nécessaires.

Les chercheurs ont montré que les dispositifs biomédicaux fabriqués à partir d’aluminium peuvent être désintégrés en les exposant à un métal liquide appelé gallium-indium eutectique (EGaIn). En pratique, cela pourrait fonctionner en appliquant le liquide sur des agrafes utilisées pour maintenir la peau ensemble, par exemple, ou en administrant des microparticules d'EGaIn aux patients.

Déclencher ainsi la désintégration de tels dispositifs pourrait éliminer le besoin de procédures chirurgicales ou endoscopiques pour les retirer, affirment les chercheurs.

"C'est un phénomène vraiment dramatique qui peut être appliqué à plusieurs contextes", explique Giovanni Traverso, professeur adjoint de développement de carrière Karl van Tassel en génie mécanique au MIT et gastro-entérologue au Brigham and Women's Hospital. « Ce que cela permet, potentiellement, c'est la possibilité de disposer de systèmes qui ne nécessitent pas d'intervention telle qu'une endoscopie ou une procédure chirurgicale pour le retrait des dispositifs. »

Traverso est l'auteur principal de l'étude, qui paraît dans Advanced Materials. Vivian Feig, postdoctorante au MIT, est l'auteur principal de l'article.

Décomposer les métaux

Depuis plusieurs années, le laboratoire de Traverso travaille sur des dispositifs ingérables qui pourraient rester dans le tube digestif pendant des jours ou des semaines, libérant des médicaments selon un calendrier précis.

La plupart de ces dispositifs sont fabriqués à partir de polymères, mais les chercheurs ont récemment exploré la possibilité d'utiliser des métaux, plus solides et plus durables. Cependant, l’un des défis liés à la livraison d’appareils métalliques consiste à trouver un moyen de les retirer une fois qu’ils ne sont plus nécessaires.

Pour créer des dispositifs pouvant être décomposés à la demande à l’intérieur du corps, l’équipe du MIT s’est inspirée d’un phénomène connu sous le nom de fragilisation par métal liquide. Ce processus a été bien étudié en tant que source de défaillance des structures métalliques, notamment celles en zinc et en acier inoxydable.

"On sait que certaines combinaisons de métaux liquides peuvent pénétrer dans les joints de grains des métaux solides et provoquer leur affaiblissement et leur défaillance considérables", explique Feig. « Nous voulions voir si nous pouvions exploiter ce mécanisme de défaillance connu de manière productive pour construire ces dispositifs biomédicaux. »

Un type de métal liquide pouvant induire une fragilisation est le gallium. Pour cette étude, les chercheurs ont utilisé du gallium-indium eutectique, un alliage de gallium que les scientifiques ont exploré pour diverses applications en biomédecine ainsi qu'en énergie et en électronique flexible.

Pour les appareils eux-mêmes, les chercheurs ont choisi d'utiliser de l'aluminium, connu pour être fragilisé lorsqu'il est exposé au gallium.

Le gallium affaiblit les métaux solides tels que l'aluminium de deux manières. Premièrement, il peut se diffuser à travers les limites des grains du métal – les lignes de démarcation entre les cristaux qui composent le métal – provoquant la rupture de morceaux de métal. L’équipe du MIT a montré qu’elle pouvait exploiter ce phénomène en concevant des métaux avec différents types de structures granulaires, permettant aux métaux de se briser en petits morceaux ou de se fracturer en un point donné.

Le gallium empêche également l'aluminium de former une couche d'oxyde protectrice à sa surface, ce qui augmente l'exposition du métal à l'eau et favorise sa dégradation.