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Aug 12, 2023

Percée de la biocolle

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Le traitement inspiré de la colle de balane de SanaHeal peut arrêter les saignements graves dans le foie d'un porc.Crédit : SanaHeal

Sanaheal à Cambridge, Massachusetts, s'est séparé du Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, en 2021.

Hyunwoo Yuk soulève le film plastique d'un morceau de tissu violacé et fait une petite incision. "C'est un beau foie de porc !" s'exclame-t-il.

Ingénieur en mécanique devenu entrepreneur, Yuk essaie de réparer la coupure avec un film de pansement standard, mais le pansement ne colle pas - la surface de l'organe est trop humide.

Yuk applique ensuite un petit morceau de ruban adhésif expérimental, fabriqué à partir du mélange exclusif de polymères et de composés chimiques de son entreprise. Ce revêtement se fixe rapidement et commence à se rétrécir vers l'intérieur, fermant la coupure et ajoutant un renforcement mécanique qui, dans un corps vivant, aiderait à favoriser la cicatrisation des plaies.

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Développé pour la première fois dans le laboratoire du scientifique des matériaux Xuanhe Zhao au Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Cambridge, le bioadhésif offre une amélioration potentielle par rapport aux sutures cousues à la main et aux agents de contrôle des saignements existants pour une myriade d'applications cliniques1. Lors de tests sur des animaux, il a été démontré qu'il aide à sceller les lésions du côlon chez les porcs2, à réparer les lésions cutanées chez les souris3 et à fixer des dispositifs bioélectroniques sur le cœur battant des rats4. Le même ruban adhésif peut également être retiré, sans causer de dommages observables aux tissus sous-jacents5.

Yuk décrit la technologie comme une sorte de "ruban adhésif pour la chirurgie". Tout comme le ruban de plomberie est un outil polyvalent pour tout amateur de bricolage, son matériau bioadhésif pourrait fournir une solution universelle à la réparation des tissus pour les chirurgiens.

Le ruban peut également être reformulé en une pâte semblable à du mastic qui, lorsqu'il est branché sur les foies et les cœurs endommagés des animaux blessés, produit un joint étanche en quelques secondes6. Lors d'expériences avec de la peau de porc couverte de sang, les fermetures créées par cette glu se sont avérées plus solides que celles fabriquées par une poignée d'adhésifs disponibles dans le commerce qui sont conçus pour faire la même chose.

"C'est vraiment une plate-forme polyvalente", déclare Yuk, qui est le directeur de la technologie de SanaHeal, la société dérivée que lui et Zhao - avec le médecin-chercheur Christoph Nabzdyk au Brigham and Women's Hospital de Boston, Massachusetts - ont créée en 2021 pour développer davantage la technologie. SanaHeal est finaliste pour le prix Spinoff 2023.

Les matériaux SanaHeal ont suscité des éloges pour leurs propriétés de liaison et leur facilité d'utilisation. "Ils sont prêts à la commercialisation et à la traduction, ce qui en fait de véritables vedettes dans le domaine", déclare Jianyu Li, ingénieur en biomatériaux à l'Université McGill à Montréal, au Canada, qui n'est pas impliqué dans l'entreprise.

La fonctionnalité est particulièrement impressionnante pour Jonathan Wilker, chimiste à l'Université Purdue de West Lafayette, Indiana, étant donné que la technologie repose sur des polymères qui sont déjà utilisés dans les dispositifs médicaux et sont donc connus pour être sûrs. Wilker, qui n'est pas impliqué dans l'entreprise, souligne que SanaHeal organise ces matériaux de manière innovante qui permet un niveau d'adhérence sans précédent dans des conditions aqueuses. "La chimie qu'ils utilisent n'a rien de très exotique", dit Wilker, "mais ils l'amènent à un niveau que très peu de gens peuvent atteindre."

"Cela représente une amélioration significative par rapport aux techniques actuelles de fermeture des plaies", déclare Xiaodong Chen, scientifique des matériaux à l'Université technologique de Nanyang à Singapour, qui n'est pas connecté à SanaHeal.

L'adhérence des tissus n'était pas l'objectif principal de Yuk lorsqu'il a rejoint le groupe de laboratoire de Zhao en tant qu'étudiant diplômé en 2014.

Il a d'abord obtenu une maîtrise après avoir testé des hydrogels - des mélanges gélatineux de polymères réticulés et d'eau - sur des matériaux industriels tels que le verre, la céramique et les métaux qui nécessitent souvent une liaison entre deux surfaces humides. Ce n'est que quelques années plus tard, après que Yuk a commencé son doctorat, que la recherche s'est orientée vers une direction plus biologique.

Une partie de Nature Outlook: The Spinoff Prize 2023

Tout a commencé par une suggestion de Nabzdyk, qui a été impressionné par les hydrogels de Yuk et voulait les essayer dans divers contextes chirurgicaux.

Yuk a aimé l'idée. Il avait toujours «voulu faire quelque chose de médical», dit-il, surtout après que son jeune frère Youngwoo soit tombé d'une fenêtre du cinquième étage dans le pays d'origine de Yuk, la Corée du Sud, il y a dix ans, subissant une hémorragie interne importante et nécessitant plusieurs opérations pour survivre. L'accident a donné à Yuk une idée des limites des options existantes de contrôle des hémorragies.

Avec Nabzdyk, Yuk a commencé, comme il le dit, "à résoudre un problème très important qui pourrait bénéficier directement aux patients".

SanaHeal prévoit à terme de faire progresser sa technologie de stabilisation du sang pour des applications chirurgicales. Mais d'abord, il poursuit des opportunités cliniques dans lesquelles le matériau ne reste pas à l'intérieur du corps à long terme - un domaine de la médecine dans lequel la voie réglementaire vers le marché est moins difficile. Les efforts se concentrent sur un patch de soin des plaies pour les ulcères du pied chez les personnes atteintes de diabète et sur une pâte bioadhésive pour contrôler la perte de sang dans les situations de traumatisme d'urgence, comme lors de combats militaires.

"Ce sont des problèmes cliniques importants", déclare Patrick Rivelli, président et directeur général de SanaHeal, qui se trouve dans le centre biotechnologique de Kendall Square à Cambridge, dans le Massachusetts. Les hémorragies graves sont l'une des principales causes de décès évitables dans l'armée, et les ulcères provoquent une invalidité et une détresse chez des millions de personnes dans le monde atteintes de diabète mal géré.

Comme le matériau de SanaHeal, d'autres adhésifs tolérants à l'humidité en cours de développement offrent des avantages par rapport aux produits hémostatiques existants, qui ont tous tendance à fonctionner lentement et à ne fournir que des joints faibles dans des conditions salissantes et imbibées de sang. Mais ces technologies concurrentes ont leurs inconvénients. Certains nécessitent de longues périodes d'application. D'autres ont besoin d'une irradiation avec de la lumière ultraviolette pour durcir les matériaux.

SanaHeal vise une expérience utilisateur moins exigeante. "Aucune étape de préparation n'est nécessaire", déclare Nabzdyk. "Vous le prenez. Vous appuyez dessus. Et vous avez terminé."

"La simplicité est vraiment attrayante", déclare Georgios Theocharidis, bioingénieur au Beth Israel Deaconess Medical Center de Boston. "C'est quelque chose qui peut simplement être mis là et laissé pendant plusieurs jours."

Theocharidis collabore avec les chercheurs de SanaHeal pour tester le patch adhésif sur des miniporcs diabétiques présentant des plaies ouvertes ressemblant à des ulcères. L'année dernière, les chercheurs ont montré que le pansement des plaies avec le matériau collant auto-rétrécissant de SanaHeal entraînait une récupération plus rapide de la peau par rapport aux pansements fabriqués à partir de l'un des produits de soin des plaies les plus couramment utilisés3. "Nous constatons des résultats très impressionnants", déclare Theocharidis.

Une grande partie du travail de Yuk s'inspire du monde naturel. Son ruban adhésif, par exemple, a été conçu pour imiter la façon dont les toiles d'araignées absorbent l'humidité d'une manière qui aide à piéger les insectes. Et sa pâte bioadhésive s'inspire des balanes, qui déploient des sécrétions huileuses pour nettoyer les contaminants des surfaces avant qu'ils ne déposent des protéines adhésives.

En fait, la pâte n'est rien de plus que le ruban adhésif original broyé en petits morceaux puis mélangé à de l'huile minérale. L'huile aide à évacuer le sang. Les microparticules de bioadhésif absorbent l'excès d'eau. Et avec ces liquides déroutants à l'écart, le matériau est libre de fixer les tissus et de former un joint imperméable qui arrête le flux sanguin d'une plaie (voir 'Blessure chimique').

Crédit : Alisdair MacDonald

"Mécaniquement, cela fait exactement la même chose que les colles de bernaches", déclare Yuk. "C'est de la vraie bioinspiration."

SanaHeal se lance dans un certain nombre d'autres applications spéculatives, telles que faciliter la fixation de capteurs électroniques sur les organes internes ou aider à réduire l'apparence des rides, par exemple. Mais au cours de l'année à venir, les principales priorités de l'entreprise sont d'étendre la fabrication de produits de qualité clinique à mesure que SanaHeal se rapproche de la commercialisation.

Ce ne sera pas facile. Comme le souligne le bio-ingénieur Jeffrey Karp du Brigham and Women's Hospital : "L'un des plus grands défis est de savoir comment faire évoluer la production d'adhésifs tissulaires, obtenir un produit de longue conservation et ne pas compromettre les performances dans le processus." Et Karp devrait savoir. En 2014, il invente sa propre colle chirurgicale7, aujourd'hui développée par la société de biotechnologie Tissium à Paris.

SanaHeal devra également "considérer les performances à long terme de ces bioadhésifs", explique Chen. Surtout pour les applications à l'intérieur du corps, pour lesquelles "trouver le bon équilibre entre une fermeture adéquate de la plaie et une vitesse de décomposition est important".

Yuk est bien conscient de la myriade d'obstacles qui l'attendent. Beaucoup avant lui ont essayé, sans succès, d'introduire des adhésifs tissulaires résistants à l'humidité dans les salles d'opération et les cabinets de médecins. "C'est un vieux dragon que tout le monde veut tuer", dit-il. Mais avec ses rubans adhésifs et ses pâtes, Yuk aurait peut-être créé l'équivalent médical de Saint George - un tueur de dragons d'une importance légendaire.

doi : https://doi.org/10.1038/d41586-023-01661-2

Cet article fait partie de Nature Outlook: The Spinoff Prize 2023, un supplément éditorial indépendant produit avec le soutien financier de tiers. À propos de ce contenu.

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