Le fil robotique est conçu pour se glisser dans les vaisseaux sanguins du cerveau

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Les ingénieurs du MIT ont développé un robot en forme de fil, à direction magnétique, capable de glisser activement à travers des voies étroites et sinueuses, telles que le système vasculaire labyrinthique du cerveau.

À l'avenir, ce fil robotique pourrait être associé aux technologies endovasculaires existantes, permettant aux médecins de guider à distance le robot à travers les vaisseaux cérébraux d'un patient afin de traiter rapidement les blocages et les lésions, tels que ceux qui surviennent lors d'anévrismes et d'accidents vasculaires cérébraux.

« L'accident vasculaire cérébral est la cinquième cause de décès et l'une des principales causes d'invalidité aux États-Unis. Si un accident vasculaire cérébral aigu pouvait être traité dans les 90 premières minutes environ, les taux de survie des patients pourraient augmenter de manière significative », explique Xuanhe Zhao, professeur agrégé de génie mécanique et de génie civil et environnemental au MIT. « Si nous pouvions concevoir un dispositif permettant d'inverser le blocage des vaisseaux sanguins au cours de cette « heure dorée », nous pourrions potentiellement éviter des lésions cérébrales permanentes. C'est notre espoir.

Zhao et son équipe, dont l'auteur principal Yoonho Kim, étudiant diplômé du département de génie mécanique du MIT, décrivent aujourd'hui leur conception robotique douce dans la revue Science Robotics. Les autres co-auteurs de l'article sont German Alberto Parada, étudiant diplômé du MIT, et Shengduo Liu, étudiant invité.

Dans une situation difficile

Pour éliminer les caillots sanguins dans le cerveau, les médecins effectuent souvent une procédure endovasculaire, une intervention chirurgicale mini-invasive dans laquelle un chirurgien insère un mince fil dans l'artère principale du patient, généralement dans la jambe ou l'aine. Guidé par un fluoroscope qui image simultanément les vaisseaux sanguins à l'aide de rayons X, le chirurgien fait ensuite pivoter manuellement le fil vers le vaisseau cérébral endommagé. Un cathéter peut ensuite être enfilé le long du fil pour administrer des médicaments ou des dispositifs de récupération de caillots dans la région affectée.

Kim dit que la procédure peut être physiquement éprouvante, exigeant que les chirurgiens, qui doivent être spécifiquement formés à cette tâche, subissent une exposition répétée aux radiations de la fluoroscopie.

« C'est une compétence exigeante, et il n'y a tout simplement pas assez de chirurgiens pour les patients, surtout dans les zones suburbaines ou rurales », explique Kim.

Les fils guides médicaux utilisés dans de telles procédures sont passifs, ce qui signifie qu'ils doivent être manipulés manuellement et sont généralement fabriqués à partir d'un noyau d'alliages métalliques recouverts de polymère, un matériau qui, selon Kim, pourrait potentiellement générer des frictions et endommager les revêtements des vaisseaux si le fil devait rester temporairement coincé dans un espace particulièrement restreint.

L'équipe a réalisé que les développements réalisés dans leur laboratoire pourraient contribuer à améliorer ces procédures endovasculaires, à la fois dans la conception du fil guide et dans la réduction de l'exposition des médecins à tout rayonnement associé.

Enfiler une aiguille

Au cours des dernières années, l’équipe a acquis une expertise dans les hydrogels – des matériaux biocompatibles composés principalement d’eau – et dans les matériaux à actionnement magnétique imprimés en 3D qui peuvent être conçus pour ramper, sauter et même attraper une balle, simplement en en suivant la direction d'un aimant.

Dans ce nouvel article, les chercheurs ont combiné leurs travaux sur les hydrogels et sur l'actionnement magnétique pour produire un fil robotique, ou fil de guidage, recouvert d'hydrogel, orientable magnétiquement, qu'ils ont pu rendre suffisamment fin pour guider magnétiquement à travers une réplique en silicone grandeur nature. des vaisseaux sanguins du cerveau.

Le noyau du fil robotique est constitué d’un alliage nickel-titane, ou « nitinol », un matériau à la fois souple et élastique. Contrairement à un cintre, qui conserverait sa forme une fois plié, un fil de nitinol reprendrait sa forme originale, lui donnant plus de flexibilité pour s'enrouler dans des récipients serrés et tortueux. L'équipe a enduit l'âme du fil d'une pâte caoutchouteuse, ou encre, dans laquelle elle a incorporé des particules magnétiques.