Que peut offrir l’impression 3D aux chirurgiens ? Des biocapteurs pour améliorer la sécurité

Le travail d’un chirurgien est compliqué, nécessitant des étapes minutieuses, des mouvements précis et une surveillance constante des tissus et des organes pour assurer un succès résultat.

Désormais, les chercheurs souhaitent faciliter les choses en créant des biocapteurs flexibles qui peuvent aider les chirurgiens à enregistrer l’activité des tissus et organes biologiques pendant les procédures afin de mieux suivre les zones critiques du corps sur lesquelles ils travaillent.

Pour faciliter le développement de ces dispositifs, une équipe de recherche du Laboratoire national de Los Alamos et de l’Université Purdue ont créé des bioencres pour les biocapteurs qui sont biocompatibles et ont un temps de travail de plus d’une journée.

Les nouveaux biocapteurs qui peuvent être créés à partir de ces encres permettent l’enregistrement et l’imagerie simultanés des tissus et des organes pendant les interventions chirurgicales, ont déclaré les chercheurs. Cela peut être extrêmement utile, en particulier dans les chirurgies cardiaques, a déclaré Chi Hwan Lee, professeur adjoint de génie biomédical et de génie mécanique à l’Université Purdue qui a travaillé sur le projet.

« L’enregistrement et l’imagerie simultanés pourraient être utiles pendant la chirurgie cardiaque pour localiser les régions critiques et guider les interventions chirurgicales telles qu’une procédure pour rétablir des rythmes cardiaques normaux, » Lee a déclaré dans un communiqué de presse.

Peaufiner le matériel

L’équipe de Los Alamos était responsable de la formulation et de la synthèse des bioencres, dans le but d’imprimer en 3D un matériau ultra-doux, mince et extensible pour les biocapteurs qui peut également s’interfacer de manière transparente avec la surface des organes.

Pour créer des bioencres adaptées à cet objectif, les chercheurs ont cherché à trouver un matériau flexible qui pourrait être distribué via un système d’injection de buse automatisé mais ne se déformerait pas pendant le processus d’impression.

Alors que les matériaux en silicone sont souvent utilisés pour la bioimpression en raison de leur biocompatibilité, ils sont liquides et ont un écoulement similaire au miel, ce qui rend difficile leur impression sans déformation de forme dans les processus d’impression 3D, a déclaré Kwan-Soo Lee de Los Alamos. ‘ Groupe de diagnostic chimique et d’ingénierie qui a également travaillé sur le projet.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé des composites de silicone poroélastique en forme d’éponge qu’ils ont adaptés « pour une écriture directe de haute précision de biocapteurs extensibles conçus sur mesure, qui sont mous et insensibles aux contraintes », ont-ils écrit dans un article sur leurs recherches publié dans la revue. Communication Nature.

« Leurs propriétés structurelles uniques permettent un couplage robuste aux tissus vivants, permettant un enregistrement haute fidélité de l’activité électrophysiologique spatio-temporelle et une imagerie ultrasonore en temps réel pour un retour visuel », ont écrit les chercheurs.

Tests et résultats

L’équipe a testé les biocapteurs en les adaptant sur mesure pour des scénarios opérationnels utilisant les cœurs de souris et de porcs. Les résultats ont montré que les capteurs ont démontré une adhérence naturelle fiable à la surface humide des organes sans avoir besoin d’adhésifs supplémentaires.

De plus, les biocapteurs ont pu effectuer avec succès un enregistrement et une imagerie du cœur pendant la chirurgie sans avoir d’effet négatif sur le tissu cardiaque, ont rapporté les chercheurs.

« Les évaluations in vivo de biocapteurs personnalisés dans un modèle murin d’infarctus aigu du myocarde démontrent une utilité clinique potentielle dans l’enregistrement et l’imagerie peropératoires simultanés sur l’épicarde, ce qui peut guider les traitements chirurgicaux définitifs », ont-ils écrit dans le résumé.