Un pansement intelligent utilise l'électricité et des médicaments pour soigner les plaies. 

Un pansement intelligent pourrait accélérer la cicatrisation en suivant et en agissant activement sur le processus de guérison. Ce dispositif, baptisé a-Heal, a été conçu pour s'insérer dans un pansement de colostomie standard. Il est équipé d'une caméra qui prend des photos de la plaie toutes les deux heures et d'une connexion sans fil à un module d'apprentissage automatique qui fournit des recommandations actualisées pour stimuler la cicatrisation.

Une équipe de recherche multidisciplinaire dirigée par Marco Rolandi , professeur de génie électrique et d'informatique à l' Université de Californie à Santa Cruz , a mis au point a-Heal. Selon Rolandi, l'objectif initial était de réduire de moitié le temps de guérison des blessures de guerre dans le cadre d'une initiative de la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) .

Bien que le produit a-Heal ait été testé sur une plaie (sur un porc) causée par une blessure et pouvant guérir rapidement, Rolandi affirme qu'il peut être appliqué à d'autres types de plaies qui ont des difficultés à guérir, comme les plaies chroniques ou celles qui s'infectent.

Les pansements actuels constituent une approche unique qui ne tient pas compte des variations dans la façon dont les plaies individuelles cicatrisent.

Pour une cicatrisation plus rapide, a-Heal surveille la plaie, diagnostique son stade de cicatrisation, propose des traitements et les administre. La répétition de ce processus crée un mécanisme de contrôle par rétroaction.

Marco Rolandi explique qu'un algorithme d'apprentissage automatique, ML Physician, analyse chaque image de la plaie, la compare à des données d'entraînement et détermine le stade de cicatrisation, si elle se déroule comme prévu ou si une intervention ou un traitement est nécessaire pour accélérer la guérison. En fonction de la recommandation de l'IA, le dispositif portable active des actionneurs bioélectroniques pour administrer l'un des deux traitements suivants, tous deux reconnus pour favoriser la cicatrisation chez les animaux : la stimulation électrique de la plaie pour réduire l'inflammation ou l'infusion de fluoxétine, un médicament qui stimule la croissance tissulaire.

Les chercheurs ont testé le dispositif sur un porc car la peau du porc est à bien des égards similaire à la peau humaine, explique Min Zhao , médecin et professeur de dermatologie à l'Université de Californie à Davis Health.

Bien que des pansements à stimulation électrique existent déjà, a-Heal va plus loin. « À ma connaissance, personne n'a encore utilisé d'informations photographiques combinées à un système d'actionnement en boucle fermée. Il s'agit donc d'une combinaison inédite de deux éléments sur lesquels la recherche se poursuit », explique Geoffrey Gurtner , médecin, chirurgien et professeur à l'Université d'Arizona, également affilié à l'Université de Stanford , qui n'a pas participé à l'étude.

Comment le pansement intelligent guérit les plaies plus rapidement

Toutes les deux heures, le module caméra du pansement prend 11 images à différentes profondeurs de champ. Interrogé sur la capacité de la caméra à photographier les peaux plus foncées , Rolandi explique que si des données d'entraînement existent, cela devrait suffire, mais qu'il est trop tôt pour se prononcer, car cette version du dispositif n'était pas destinée aux essais cliniques.

L'algorithme d'apprentissage automatique ML Physician, exécuté sur un ordinateur portable, utilise une stratégie de type leader-suiveur pour analyser les images. Une partie de l'algorithme, Deep Mapper, génère une image prédictive de la plaie, ou « leader » : l'aspect que prendrait la plaie en cas de cicatrisation idéale. Les contrôleurs d'apprentissage par renforcement profond tentent de « suivre » cette image idéale en ajustant la quantité de traitement administré.

L'algorithme d'apprentissage automatique ne sélectionne qu'un seul traitement à la fois. La stimulation électrique est appliquée initialement. Le traitement bascule automatiquement vers l'administration de médicaments lorsque la probabilité que la plaie soit encore en phase inflammatoire de cicatrisation atteint 40 %. (La cicatrisation se déroule généralement en quatre phases : coagulation sanguine, inflammation, croissance tissulaire et maturation.)

L'actionneur bioélectronique utilisé pour administrer les traitements est un corps cylindrique en polymère de silicone comportant huit réservoirs disposés en cercle : quatre pour la stimulation électrique et quatre pour l'administration du médicament. Chaque réservoir est muni d'une électrode et d'une contre-électrode centrale. Un hydrogel relie les électrodes à la plaie.

L'appareil utilise l'iontophorèse pour administrer soit une solution saline pour la stimulation électrique, soit une solution de fluoxétine. « Au lieu d'électrons, nous utilisons un courant électrique de molécules thérapeutiques », explique Rolandi. « Le lit de la plaie fait partie intégrante du circuit. En mesurant le courant, nous pouvons quantifier le nombre de molécules qui pénètrent dans la plaie et ainsi contrôler très précisément la dose. »

Résultats des bandages intelligents

Les résultats ont montré que 50 % de la plaie traitée par le dispositif étaient recouverts de nouvelles cellules cutanées, contre seulement 20 % pour la plaie témoin. « Il est encourageant de constater une réépithélialisation plus importante », a déclaré Gurtner. Le dispositif a été utilisé pendant les sept premiers jours d'une expérience de 22 jours, mais les plaies n'étaient pas complètement cicatrisées au bout de 22 jours.

L'un des gènes associés à l'inflammation, l'interleukine 1 bêta , a diminué de 61 % dans les plaies traitées. Rolandi indique que l'expression d'autres gènes associés à l'inflammation ou à l'anti-inflammation a également évolué favorablement. « Bien que la taille de l'échantillon soit faible et que les résultats ne soient pas encore statistiquement significatifs, il est encourageant de constater une amélioration constante de l'épithélialisation et de sa qualité, de l'inflammation, de la croissance des vaisseaux sanguins et de la maturation de la plaie », déclare Zhao.

Globalement, « je pense que l'effet est modeste », déclare Gurtner.

L'équipe espère que les améliorations apportées au dispositif permettront d'obtenir de meilleurs résultats cliniques. « Il nous reste encore beaucoup de travail à accomplir », déclare Rolandi. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Biomedical Innovations le 23 septembre.

Gurtner dit qu'il aurait aimé voir des échantillons plus importants et qu'il « aimerait vraiment les voir mener les plaies jusqu'à leur fermeture complète avec le dispositif en place pendant toute la durée, et voir quelle est la différence en termes de temps de fermeture ».

Rolandi explique que l'équipe n'a pas suivi l'intégralité du processus de cicatrisation car « premièrement, intervenir au tout début de la phase de cicatrisation a généralement le plus d'impact sur la cicatrisation dans son ensemble. Deuxièmement, mener des essais précliniques à grande échelle sur des animaux devient très complexe… pour cette première publication, nous avons décidé de commencer simplement et de traiter la plaie pendant sept jours. »

Pour la suite, l'équipe prévoit de simplifier l'appareil. (La version actuelle leur a pris un mois à développer, explique Rolandi.) « Nous développons une version flexible. C'était absolument indispensable. »

https://spectrum.ieee.org/smart-bandage-ai-electrical-stimulation

https://www.ucsc.edu/