Une méthode révolutionnaire pour traiter les accidents vasculaires cérébraux
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Des chercheurs de Stanford ont mis au point une nouvelle technologie pour éliminer les caillots sanguins, plus de deux fois plus efficace que les techniques actuelles. Elle pourrait améliorer considérablement les taux de réussite du traitement des accidents vasculaires cérébraux, des crises cardiaques, des embolies pulmonaires et d'autres maladies liées aux caillots.
Jeremy J. Heit et Renee Zhao, professeurs à Stanford, montrent comment insérer le milli-spinner à l'aide d'un modèle grandeur nature du système circulatoire humain. | Aaron Kehoe
Lors du traitement d'un accident vasculaire cérébral ischémique (AVC) – lorsqu'un caillot bloque l'apport d'oxygène au cerveau – chaque minute compte. Plus vite les médecins retirent le caillot et rétablissent la circulation sanguine, plus les cellules cérébrales survivent et plus les patients ont de chances d'obtenir un bon résultat. Cependant, les technologies actuelles ne parviennent à éliminer les caillots du premier coup que dans environ 50 % des cas, et dans environ 15 % des cas, elles échouent complètement.
Des chercheurs de Stanford Engineering ont mis au point une nouvelle technique, la thrombectomie par milli-spinner, qui pourrait améliorer significativement les taux de réussite du traitement des accidents vasculaires cérébraux (AVC), des crises cardiaques, des embolies pulmonaires et d'autres maladies liées aux caillots. Dans un article publié le 4 juin dans Nature, les chercheurs ont utilisé des modèles de flux et des études animales pour démontrer que le milli-spinner surpasse largement les traitements disponibles et offre une nouvelle approche pour une élimination rapide, facile et complète des caillots.
« Dans la plupart des cas, nous doublons l'efficacité de la technologie actuelle, et pour les caillots les plus tenaces – que nous ne retirons qu'environ 11 % du temps avec les dispositifs actuels – nous parvenons à ouvrir l'artère du premier coup dans 90 % des cas », a déclaré Jeremy Heit , co-auteur , chef du service de neuroimagerie et de neurointervention à Stanford et professeur agrégé de radiologie. « C'est incroyable. C'est une technologie révolutionnaire qui améliorera considérablement notre capacité à aider les patients. »
Profiter des enchevêtrements
Les caillots sanguins sont maintenus ensemble par des amas de fibrine, une protéine résistante et filiforme qui piège les globules rouges et autres substances pour former un amas collant. Généralement, les médecins tentent de les retirer en insérant un cathéter dans l'artère et en aspirant le caillot ou en le piégeant avec un grillage métallique. Cependant, ces méthodes ne sont pas toujours efficaces et peuvent rompre les filaments de fibrine, provoquant la rupture de fragments du caillot qui se logent dans de nouveaux endroits plus difficiles d'accès.
« Avec la technologie actuelle, il est impossible de réduire la taille du caillot. Pour le retirer, il faut le déformer et le rompre », explique Renee Zhao , professeure adjointe de génie mécanique et auteure principale de l'article. « La particularité du milli-spinner réside dans le fait qu'il applique des forces de compression et de cisaillement pour rétrécir l'ensemble du caillot, réduisant ainsi considérablement son volume sans provoquer de rupture. »
Le milli-spinner, qui atteint également le caillot par cathéter, est constitué d'un long tube creux capable de tourner rapidement, muni d'une série d'ailettes et de fentes qui créent une aspiration localisée près du caillot. Deux forces s'exercent alors : compression et cisaillement, qui aplatissent les filaments de fibrine en une boule compacte sans les rompre.
Imaginez une boule de fibres de coton (ou une poignée de cheveux longs tirés d'une brosse à cheveux, si vous préférez). Si vous la pressez entre vos paumes (compression) et frottez vos mains en cercle (cisaillement), les fibres s'emmêleront progressivement pour former une boule plus petite et plus dense. Le milli-spinner est capable de faire la même chose avec les filaments de fibrine d'un caillot : il utilise l'aspiration pour comprimer le caillot contre l'extrémité du tube et effectue une rotation rapide pour créer le cisaillement nécessaire.
Zhao et ses collègues ont montré que le milli-spinner pouvait réduire un caillot jusqu'à 5 % de son volume initial. Ce processus libère les globules rouges, qui circulent normalement dans l'organisme une fois libérés de la fibrine, et la minuscule boule de fibrine est aspirée dans le milli-spinner et évacuée du corps.
« Cela fonctionne très bien pour une grande variété de compositions et de tailles de caillots », a déclaré Zhao. « Même les caillots résistants et riches en fibrine, impossibles à traiter avec les technologies actuelles, notre milli-spinner peut les traiter grâce à ce concept mécanique simple mais puissant qui densifie le réseau de fibrine et rétrécit le caillot. »
Un succès surprenant
Le concept du milli-spinner s'inscrit dans le prolongement des travaux de Zhao sur les millirobots – de minuscules robots en origami conçus pour nager dans le corps afin de distribuer des médicaments ou d'aider au diagnostic. Cette structure creuse et rotative, dotée d'ailettes et de fentes, était destinée à servir de mécanisme de propulsion, mais lorsque les chercheurs ont réalisé qu'elle créait également une aspiration localisée, ils ont décidé de voir si elle pouvait avoir d'autres utilisations.
« Au début, nous nous demandions simplement si cette aspiration pouvait aider à éliminer un caillot sanguin », explique Zhao. « Mais lorsque nous avons testé le spinner sur un caillot, nous avons observé un changement de couleur frappant, du rouge au blanc, ainsi qu'une réduction spectaculaire de son volume. Honnêtement, c'était magique. Nous n'en comprenions pas encore complètement le mécanisme. »
Intrigués par cette réaction inattendue et sans précédent aux caillots, les chercheurs ont entrepris d'en découvrir le mécanisme sous-jacent, puis ont procédé à des centaines d'itérations de conception pour optimiser l'efficacité du milli-spinner. Mais ils n'ont pas oublié ses possibilités de propulsion. Zhao et ses collègues travaillent également sur une version autonome du milli-spinner, capable de nager librement dans les vaisseaux sanguins pour cibler et traiter les caillots.
Bien qu'ils se soient d'abord concentrés sur le traitement des caillots sanguins, le Milli-Spinner offre de nombreuses autres applications potentielles, a déclaré Zhao. Son équipe et elle travaillent déjà à l'utilisation de l'aspiration localisée du Milli-Spinner pour capturer et éliminer les fragments de calculs rénaux.
« Nous explorons d'autres applications biomédicales pour la conception du milli-spinner, et même des possibilités au-delà de la médecine », a déclaré Zhao. « Des opportunités très prometteuses s'offrent à nous. »
Conscients de l'impact potentiel de cette technologie sur les patients victimes d'AVC et d'autres maladies liées aux caillots sanguins, Zhao, Heit et leurs collègues espèrent obtenir l'autorisation d'utilisation de la thrombectomie par milli-spinner au plus vite. Ils ont créé une nouvelle entreprise qui acquiert une licence de Stanford pour développer et commercialiser cette technologie. Des essais cliniques sont prévus prochainement.
« Ce qui rend cette technologie vraiment passionnante, c'est son mécanisme unique qui permet de remodeler et de compacter activement les caillots, plutôt que de simplement les extraire », a déclaré Zhao. « Nous travaillons à son introduction en milieu clinique, où elle pourrait considérablement améliorer le taux de réussite des thrombectomies et sauver des vies. »