Des implants intelligents, auto-alimentés, développés par ces bioingénieurs de l’Université de Pittsburgh, permettent de surveiller la guérison de lésions de la colonne vertébrale, notamment en évaluant l’évolution de la fusion vertébrale ou fusion de 2 vertèbres. Alors que dans de nombreux cas, les chirurgiens utilisent une cage pour faire support là où le disque se trouvait autrefois entre les vertèbres, l’idée est d’utiliser une cage intelligente qui « participe » activement à la guérison. Cette cage est présentée dans la revue Advanced Functional Materials.
Les chercheurs de la Swanson School of Engineering de Pittsburgh ont ainsi développé un implant à base de métamatériaux intelligents imprimés en 3D de manière à être adapté au besoin spécifique du patient :
l’implant est équipé de capteurs qui surveillent la cicatrisation de la colonne vertébrale.
Un biofeedback en temps réel de l’évolution de la colonne
Cet implant intelligent apporte ainsi un biofeedback en temps réel précieux, à la fois sur le plan thérapeutique et diagnostique. L’auteur principal, Amir Alavi, professeur de génie civil et environnemental, explique que c’est la matrice même de l’implant qui effectue la détection active des données de pression et de contrainte. La matrice est constituée de métamatériaux auto-conscients qui génèrent leur propre énergie et peuvent être utilisés pour un large éventail d’applications de détection et de surveillance.
Les données de pression indiquent l’évolution de la guérison : sous pression, une électrification de contact se produit entre ses microcouches conductrices et diélectriques, créant une charge électrique qui relaie des informations sur l’état de la matrice du matériau. La puissance générée à l’aide de ce mécanisme élimine le besoin d’une source d’alimentation séparée, et une minuscule puce enregistre des données sur la pression sur la cage, un indicateur important de la guérison. Les données peuvent ensuite être lues de manière non invasive à l’aide d’un échographe portable.
Une meilleure personnalisation : alors que les cages de fusion vertébrale utilisées dans les chirurgies de fusion vertébrale, sont généralement constituées de titane ou de matériaux polymères avec certaines propriétés mécaniques, la nouvelle cage intelligente, imprimée en 3D en fonction de l’anatomie et du besoin spécifique du patient, et avec un matériau réglable et évolutif, permet un ajustement beaucoup plus naturel.
Tests et applications : le dispositif déjà testé lors d’études d’autopsie va maintenant l’être par des études précliniques. De nombreuses autres applications médicales sont déjà envisagées sur le même principe, dont des stents cardiovasculaires ou des implants intelligents pour l’arthroplastie du genou ou de la hanche.
Une avancée technologique qui pourrait jouer, plus largement, un rôle majeur dans l’avenir des dispositifs implantables.
Source: Advanced Functional Materials 17 May, 2022 DOI: 10.1002/adfm.202203533 Patient-Specific Self-Powered Metamaterial Implants for Detecting Bone Healing Progress
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