Nouvelles bandes de pansement améliorées par l’IA prêtes à transformer le traitement des plaies

Bandes de pansement améliorées par l'IA pour traiter les plaies

6 septembre 2023 – Vous vous êtes coupé. Vous avez mis un pansement. En une semaine environ, votre blessure guérit.

La plupart des gens considèrent cela comme acquis. Mais pour plus de 8,2 millions d’Américains qui ont des plaies chroniques, ce n’est pas si simple.

Les traumatismes, les complications post-chirurgicales, l’âge avancé et les maladies chroniques telles que le diabète et les maladies vasculaires peuvent tous perturber le processus de guérison délicat, entraînant des plaies qui durent des mois voire des années. 

Si elles ne sont pas traitées, environ 30 % d’entre elles conduisent à une amputation. Et des études récentes montrent que le risque de décéder d’une complication de plaie chronique dans les 5 ans est comparable à celui de la plupart des cancers. 

Pourtant, jusqu’à récemment, la technologie médicale n’avait pas suivi ce que les experts considèrent comme une menace croissante pour la santé publique. 

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“Les soins des plaies – malgré tous les milliards de produits vendus – en sont encore au niveau médiéval”, a déclaré Geoffrey Gurtner, MD, président du département de chirurgie et professeur de génie biomédical à la faculté de médecine de l’Université de l’Arizona. “Nous utilisons encore des cataplasmes et des onguents… et en ce qui concerne le diagnostic de l’infection, c’est vraiment un art. Je pense que nous pouvons faire mieux.” 

Le pansement à l’ancienne rencontre l’IA

Gurtner fait partie des dizaines de cliniciens et de chercheurs qui réinventent le modeste pansement en combinant des avancées en sciences des matériaux avec l’intelligence artificielle (IA) et les données des patients pour développer des “pansements intelligents” qui font bien plus que protéger une plaie.

Un jour prochain, ces pansements ultra-minces intégrant des composants électroniques miniaturisés pourraient surveiller en temps réel le processus de guérison et alerter le patient – ou un médecin – en cas de problème. D’une simple pression sur un bouton de smartphone, ce pansement pourrait administrer un médicament pour combattre une infection ou une impulsion électrique pour stimuler la guérison.

Certains modèles “en boucle fermée” n’ont pas besoin d’être sollicités, ils surveillent plutôt la plaie et lui apportent automatiquement ce dont elle a besoin.

D’autres en cours de développement pourraient arrêter l’hémorragie d’une blessure de guerre ou stimuler la guérison d’une blessure par explosion, évitant ainsi une invalidité à plus long terme. 

Les mêmes technologies pourraient – si le prix est abordable – accélérer la guérison et réduire les cicatrices des petites coupures et éraflures, a déclaré Gurtner. 

Et contrairement à de nombreuses innovations médicales de pointe, ces pansements de nouvelle génération pourraient être fabriqués relativement bon marché et bénéficier à certaines des populations les plus vulnérables, notamment les personnes âgées, les personnes à faibles revenus et celles des pays en développement.

Ils pourraient également faire économiser de l’argent au système de santé, car les États-Unis dépensent plus de 28 milliards de dollars chaque année pour le traitement des plaies chroniques. 

“C’est une condition que de nombreux patients considèrent comme honteuse et gênante, il n’y a donc pas eu beaucoup de plaidoyer”, a déclaré Gurtner, ancien président du conseil d’administration de la Wound Healing Society. “C’est un problème relativement ignoré qui affecte une population mal desservie et qui a un coût énorme. C’est une tempête parfaite.” 

Comment les plaies guérissent, ou ne guérissent pas

La guérison des plaies est l’un des processus les plus complexes du corps humain.

D’abord, les plaquettes se précipitent vers la blessure pour provoquer la coagulation du sang. Ensuite, les cellules immunitaires émettent des composés appelés cytokines inflammatoires, qui aident à combattre les agents pathogènes et à prévenir les infections. D’autres composés, comme le monoxyde d’azote, favorisent la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins et de collagène pour reconstruire la peau et les tissus conjonctifs. Lorsque l’inflammation ralentit et s’arrête, la chair continue de se reformer.

Mais certaines conditions peuvent bloquer le processus, souvent à l’étape inflammatoire. 

Chez les personnes atteintes de diabète, des niveaux élevés de glucose et une mauvaise circulation ont tendance à saboter le processus. Et les personnes souffrant de lésions nerveuses dues à des lésions de la moelle épinière, au diabète ou à d’autres affections peuvent ne pas sentir que leur plaie empire ou est réinfectée.

“Nous nous retrouvons avec des patients qui ont des plaies ouvertes qui suppurent et sont infectées depuis des mois”, a déclaré Roslyn Rivkah Isseroff, MD, professeur de dermatologie à l’Université de Californie Davis et responsable de la clinique de cicatrisation des plaies du VA Northern California Health Care System. “Les patients sont incommodés par l’odeur. Ces ulcères ouverts exposent le patient à un risque d’infection systémique, comme la septicémie.” Cela peut avoir un impact sur la santé mentale, épuisant la capacité du patient à prendre soin de sa plaie.

“Nous les voyons une fois par semaine et les renvoyons chez eux en leur disant de changer leur pansement tous les jours, et ils disent : ‘Je peux à peine bouger. Je ne peux pas faire ça'”, a déclaré Isseroff.

Vérifier une infection signifie retirer les bandages et cultiver la plaie. Cela peut être douloureux et les résultats prennent du temps.

Beaucoup de choses peuvent se produire dans une plaie en une semaine.

« Parfois, ils reviennent et c’est un désastre et ils doivent être admis aux urgences ou même subir une amputation », a déclaré Gurtner.

Les personnes qui sont en situation d’insécurité en matière de logement ou qui n’ont pas accès aux soins de santé sont encore plus vulnérables aux complications.

« Si vous aviez la possibilité de dire ‘il se passe quelque chose de grave’, vous pourriez faire beaucoup pour prévenir cette cascade et cette spirale descendante. »

Bandages 2.0

En 2019, l’Agence pour les projets de recherche avancée de défense (DARPA) – le bras de recherche du département de la Défense – a lancé le programme Bioelectronics for Tissue Regeneration (BETR) pour encourager les scientifiques à développer un bandage “boucle fermée” capable de surveiller et d’accélérer la guérison.

Des dizaines de millions de financements ont donné le coup d’envoi à une avalanche d’innovations depuis.

« C’est un peu une course pour arriver à la fin », a déclaré Marco Rolandi, docteur en philosophie, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l’Université de Californie Santa Cruz et responsable de l’équipe comprenant des ingénieurs, des médecins et des informaticiens de l’UC Santa Cruz, de l’UC Davis et de Tufts. « J’ai été étonné et impressionné par tout le travail réalisé. »

L’objectif de son équipe est de réduire de moitié le temps de guérison en utilisant (a) une surveillance en temps réel de la façon dont une plaie guérit – en utilisant des indicateurs tels que la température, le niveau de pH, l’oxygène, l’humidité, le glucose, l’activité électrique et certaines protéines, et (b) une stimulation appropriée.

« Chaque plaie est différente, donc il n’y a pas de solution unique », a déclaré Isseroff, responsable clinique de l’équipe. « L’idée est qu’elle sera capable de détecter différents paramètres propres à la plaie, d’utiliser l’intelligence artificielle pour déterminer à quelle étape elle en est, et de fournir le bon stimulus pour la faire sortir de cette phase stagnante. »

L’équipe a développé un prototype de concept : un bandage intégré avec une petite caméra qui prend des photos et les transmet à un algorithme informatique pour évaluer la progression de la plaie. Des actionneurs miniaturisés alimentés par batterie, ou moteurs, délivrent automatiquement des médicaments.

Les essais de phase I sur des rongeurs se sont bien déroulés, a déclaré Rolandi. L’équipe teste maintenant le bandage sur des cochons.

De nombreuses autres avancées prometteuses sont en cours à travers le monde.

Dans un article scientifique publié en mai, des chercheurs de l’Université de Glasgow, en Écosse, ont décrit un nouveau bandage « peu coûteux et respectueux de l’environnement » intégrant des diodes électroluminescentes (LED) qui utilisent la lumière ultraviolette pour tuer les bactéries – pas besoin d’antibiotiques. Le tissu est cousu avec une fine bobine flexible qui alimente les lumières sans batterie grâce au transfert d’énergie sans fil. Dans des études en laboratoire, il a éradiqué les bactéries gram-négatives (certaines des bactéries les plus dangereuses) en 6 heures.

Également en mai, dans le journal Bioactive Materials, une équipe de l’Université d’État de Pennsylvanie a décrit un bandage avec des micro-aiguilles injectant des médicaments qui peuvent arrêter les saignements immédiatement après une blessure. Dans des tests en laboratoire et sur des animaux, il a réduit le temps de coagulation de 11,5 minutes à 1,3 minute et les saignements de 90%.

« Avec les blessures hémorragiques, c’est souvent la perte de sang – et non la blessure elle-même – qui cause la mort », a déclaré l’auteur de l’étude, Amir Sheikhi, docteur en philosophie, professeur adjoint de génie chimique et biomédical à l’Université d’État de Pennsylvanie. « Ces 10 minutes pourraient faire la différence entre la vie et la mort. »

Un autre bandage intelligent, développé à l’Université Northwestern, se dissout sans danger – y compris les électrodes – dans le corps une fois qu’il n’est plus nécessaire, éliminant ainsi ce qui peut être un retrait douloureux.

Guillermo Ameer, docteur en sciences, auteur de l’étude présentant la technologie dans Science Advances, espère qu’elle pourra être produite à bas coût et utilisée dans les pays en développement.

« Nous aimerions créer quelque chose que vous pourriez utiliser chez vous, même dans un village très isolé », a déclaré Ameer, professeur de génie biomédical à Northwestern.

Calendrier pour une utilisation clinique

Les bandages intelligents en sont à leurs débuts, disent les scientifiques. La plupart des études ont été menées sur des rongeurs et il faut encore travailler pour développer des bandages à l’échelle humaine, réduire les coûts, résoudre le stockage des données à long terme et s’assurer que le matériau adhère bien sans irriter la peau.

Mais Gurtner espère qu’une certaine itération pourrait être utilisée dans la pratique clinique d’ici quelques années.

En mai, lui et ses collègues de l’Université Stanford ont publié un article dans Nature Biotechnology décrivant leur bandage intelligent. Il comprend une unité microcontrôleur, une antenne radio, des biosenseurs et un stimulateur électrique, tous fixés à un polymère caoutchouteux semblable à la peau (ou hydrogel) d’une épaisseur d’un seul revêtement de peinture en latex.

Le pansement détecte les changements de température et de conductivité électrique pendant la guérison de la plaie. De plus, il fournit une stimulation électrique pour accélérer la guérison.

Les animaux traités avec ce pansement ont guéri 25% plus rapidement, avec 50% de moins de cicatrices.

Les courants électriques sont déjà utilisés dans la pratique clinique pour la cicatrisation des plaies, a déclaré Gurtner. Étant donné que le stimulus est déjà approuvé et que le coût de fabrication du pansement pourrait être faible (aussi peu que 10 à 50 dollars), il pense qu’il pourrait être rapidement approuvé par les processus d’approbation.

“Est-ce la représentation ultime de toutes les options possibles dans un pansement intelligent? Pas encore”, a-t-il dit. “Mais nous pensons que cela aidera les gens. Et pour l’instant, c’est suffisant.”