UC Berkeley et UC San Francisco dévoilent un implant ultrasonique millimétrique capable de mesurer l’oxygénation des tissus profonds

mai 4, 2021

Des ingénieurs de l’Université de Berkeley en Californie en collaboration avec des médecins de UCSF ont mis au point un implant extrêmement petit, sans fil, alimenté par des ondes ultrasonores, capable de fournir des mesures en temps réel des niveaux d'oxygène dans les tissus profonds du corps humain. Ce dispositif pourrait aider les médecins à surveiller l'évolution des organes ou des tissus transplantés et alerter rapidement en cas de rejet, et ouvre de nombreuses autres perspectives.

La mesure du taux d’oxygène dans les tissus et organes est une grandeur clé en chirurgie. C’est en effet l’apport d’oxygène par le sang qui alimente en énergie les cellules du corps humain. Il est fréquent de voir apparaître des complications après des chirurgies de transplantation d’organes ou de tissus à cause d’une mauvaise vascularisation. Cela peut notamment entraîner une ischémie (diminution ou arrêt de l’apport de sang dans une partie du corps), un dysfonctionnement voire un rejet complet et une perte du greffon.

Actuellement, des méthodes d’imagerie médicale sont utilisées pour évaluer la bonne alimentation sanguine d’un greffon. L’imagerie par résonance magnétique permet de collecter des informations sur l’oxygénation des tissus en profondeur, mais nécessite de longs temps de balayage et ne peut donc pas fournir de données en temps réel. Ce type d’imagerie nécessite de plus un matériel coûteux et des praticiens spécialisés.

Les autres méthodes envisageables, comme par exemple l’utilisation d’ondes électromagnétiques, sont limitées par la nécessité de connexions câblées et ne permettent qu’une évaluation des tissus de surface (la lumière infrarouge ne peut par exemple que pénétrer de quelques centimètres dans la peau ou les tissus des organes).

Récemment, des chercheurs de UC Berkeley en collaboration avec des médecins de USCF ont mis au point un système peu invasif de surveillance de l’oxygène dans les tissus profonds. L’article publié fin mars dans le Nature Biotechnology Journal présente un dispositif sans fil, composé d’un capteur d’oxygène millimétrique, alimenté par ultrasons et couplé à un émetteur-récepteur externe pour le transfert bidirectionnel des données en temps réel, qui permettrait de surveiller l’oxygénation des tissus profonds. En effet, les ondes ultrasonores peuvent se propager de manière inoffensive dans le corps sur des distances beaucoup plus longues que les ondes électromagnétiques. Ce type de technologie médicale par ultrason a d’ailleurs déjà fait ses preuves avec le dispositif Stimdust de l’université de Berkeley en 2016, pour détecter et stimuler les décharges électriques des nerfs dans le corps. Grâce à un nouveau système de commandes électronique plus complexe, l’ajout d’une source lumineuse à DEL et d’un détecteur optique, ce nouveau dispositif étend les capacités du Stimdust et permet désormais de mesurer l’oxygène en plus des signaux électriques des nerfs.

« Il est très difficile de mesurer des choses en profondeur dans le corps. (…) Ce dispositif démontre comment, en utilisant la technologie des ultrasons couplée à une conception très intelligente des circuits intégrés, on peut créer des implants sophistiqués qui vont très profondément dans les tissus pour mesurer des données sur les organes. » explique Michel Maharbiz, professeur d’ingénierie électrique et de sciences informatiques à l’UC Berkeley et chercheur du Chan Zuckerberg Biohub.

Cette technologie prometteuse ouvre de nouvelles ambitions en matière de collecte de données pour la chirurgie ou les soins intensifs, et ouvre également la voie à la création d’une variété de capteurs miniaturisés qui pourraient suivre d’autres marqueurs biochimiques clés dans le corps, tels que le pH ou le dioxyde de carbone. Ces capteurs pourraient un jour fournir aux médecins des méthodes peu invasives pour surveiller la biochimie à l’intérieur des organes et des tissus en fonctionnement.

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