Les ingénieurs du MIT ont développé un petit autocollant à ultrasons capable de surveiller la rigidité des organes profonds du corps. L'autocollant, de la taille d'un timbre-poste, peut être porté sur la peau et est conçu pour détecter les signes de maladie, tels que l'insuffisance hépatique et rénale et la progression de tumeurs solides.

Dans une étude en libre accès qui paraîtra dans Avancées scientifiques, l'équipe rapporte que le capteur peut envoyer des ondes sonores à travers la peau et dans le corps, où les ondes se reflètent sur les organes internes et reviennent sur l'autocollant. Le motif des ondes réfléchies peut être lu comme une signature de rigidité d’un organe, que l’autocollant peut mesurer et suivre.

« Lorsque certains organes souffrent de maladies, ils peuvent se raidir avec le temps », explique l'auteur principal de l'article, Xuanhe Zhao, professeur de génie mécanique au MIT. « Grâce à cet autocollant portable, nous pouvons surveiller en permanence les changements de rigidité sur de longues périodes, ce qui est d’une importance cruciale pour le diagnostic précoce de la défaillance d’un organe interne. »

L’équipe a démontré que l’autocollant peut surveiller en continu la rigidité des organes pendant 48 heures et détecter des changements subtils qui pourraient signaler la progression de la maladie. Lors d'expériences préliminaires, les chercheurs ont découvert que le capteur collant pouvait détecter les premiers signes d'insuffisance hépatique aiguë chez le rat.

Les ingénieurs travaillent à adapter la conception pour une utilisation chez l'homme. Ils envisagent que l’autocollant pourrait être utilisé dans les unités de soins intensifs (USI), où les capteurs discrets pourraient surveiller en permanence les patients en convalescence après une greffe d’organe.

« Nous imaginons que, juste après une greffe de foie ou de rein, nous puissions coller cet autocollant sur un patient et observer comment la rigidité de l'organe évolue au fil des jours », explique l'auteur principal Hsiao-Chuan Liu. « En cas de diagnostic précoce d'insuffisance hépatique aiguë, les médecins peuvent agir immédiatement au lieu d'attendre que la maladie s'aggrave. » Liu était un scientifique invité au MIT au moment de l'étude et est actuellement professeur adjoint à l'Université de Californie du Sud.

Les co-auteurs de l'étude au MIT incluent Xiaoyu Chen et Chonghe Wang, ainsi que des collaborateurs de l'USC.

Détecter les oscillations

Tout comme nos muscles, les tissus et les organes de notre corps se raidissent avec l’âge. Dans certaines maladies, le raidissement des organes peut devenir plus prononcé, signalant un déclin potentiellement précipité de la santé. Les cliniciens disposent actuellement de moyens de mesurer la rigidité d'organes tels que les reins et le foie à l'aide de l'élastographie par ultrasons, une technique similaire à l'imagerie par ultrasons, dans laquelle un technicien manipule une sonde portative ou une baguette magique sur la peau. La sonde envoie des ondes sonores à travers le corps, ce qui fait vibrer légèrement les organes internes et envoie des ondes en retour. La sonde détecte les vibrations induites par un organe, et le schéma des vibrations peut se traduire par la façon dont l'organe doit être bancal ou rigide.

L'élastographie par ultrasons est généralement utilisée en soins intensifs pour surveiller les patients ayant récemment subi une transplantation d'organe. Les techniciens vérifient périodiquement un patient peu de temps après la chirurgie pour sonder rapidement le nouvel organe et rechercher des signes de raidissement et d'échec ou de rejet aigu potentiel.

« Après une transplantation d'organe, les 72 premières heures sont les plus cruciales en soins intensifs », explique un autre auteur principal, Qifa Zhou, professeur à l'USC. « Avec l’échographie traditionnelle, vous devez placer une sonde sur le corps. Mais on ne peut pas faire cela de façon continue et à long terme. Les médecins risquent de rater un moment crucial et de se rendre compte trop tard que l’organe est défaillant.

L’équipe a réalisé qu’elle pourrait être en mesure de proposer une alternative portable plus continue. Leur solution s’étend sur un autocollant à ultrasons qu’ils ont précédemment développé pour imager les tissus et organes profonds.

« Notre autocollant d'imagerie captait les ondes longitudinales, alors que cette fois nous voulions capter les ondes de cisaillement, qui vous indiqueraient la rigidité de l'organe », explique Zhao.

Les sondes d'élastrographie par ultrasons existantes mesurent les ondes de cisaillement ou les vibrations d'un organe en réponse à des impulsions sonores. Plus une onde de cisaillement se déplace rapidement dans l’organe, plus l’organe est interprété comme étant rigide. (Pensez au rebond d'un ballon d'eau par rapport à un ballon de football.)

L’équipe a cherché à miniaturiser l’élastographie par ultrasons pour qu’elle tienne sur un autocollant de la taille d’un tampon. Ils visaient également à conserver la même sensibilité que les sondes portatives commerciales, qui intègrent généralement environ 128 transducteurs piézoélectriques, dont chacun transforme un champ électrique entrant en ondes sonores sortantes.

« Nous avons utilisé des techniques de fabrication avancées pour découper de petits transducteurs dans des matériaux piézoélectriques de haute qualité, ce qui nous a permis de concevoir des autocollants ultrasoniques miniaturisés », explique Zhou.

Les chercheurs ont fabriqué avec précision 128 transducteurs miniatures qu'ils ont incorporés sur une puce carrée de 25 millimètres. Ils ont recouvert la face inférieure de la puce d'un adhésif à base d'hydrogel, un matériau collant et extensible qui est un mélange d'eau et de polymère, qui permet aux ondes sonores de passer. entrer et sortir de l'appareil presque sans perte.

Lors d'expériences préliminaires, l'équipe a testé l'autocollant détectant la rigidité chez le rat. Ils ont constaté que les autocollants étaient capables de mesurer en continu la rigidité du foie pendant 48 heures. À partir des données collectées sur l'autocollant, les chercheurs ont observé des signes clairs et précoces d'insuffisance hépatique aiguë, qu'ils ont ensuite confirmés avec des échantillons de tissus.

« Une fois que le foie tombe en panne, la rigidité de l'organe augmente plusieurs fois », note Liu.

« Vous pouvez passer d'un foie sain, aussi bancal qu'un œuf à la coque, à un foie malade qui ressemble davantage à un œuf dur », ajoute Zhao. « Et cet autocollant peut détecter ces différences profondément à l'intérieur du corps et fournir une alerte en cas de défaillance d'un organe. »

L’équipe travaille avec des cliniciens pour adapter l’autocollant afin qu’il soit utilisé chez les patients se remettant d’une greffe d’organe en soins intensifs. Dans ce scénario, ils ne prévoient pas beaucoup de changement dans la conception actuelle de l'autocollant, car il peut être collé sur la peau d'un patient et toutes les ondes sonores qu'il envoie et reçoit peuvent être délivrées et collectées par des composants électroniques connectés à l'autocollant, de la même manière. aux électrodes et aux appareils ECG dans un cabinet médical.

Les chercheurs espèrent également transformer l’autocollant en une version plus portable et autonome, où toute l’électronique et le traitement qui l’accompagnent sont miniaturisés pour s’insérer dans un patch légèrement plus grand. Ensuite, ils envisagent que l’autocollant pourrait être porté par les patients à domicile, pour surveiller en permanence les conditions sur de plus longues périodes, telles que la progression des tumeurs solides, connues pour se durcir avec la gravité.

« Nous pensons qu'il s'agit d'une plate-forme technologique qui sauve des vies », déclare Zhao. « À l’avenir, nous pensons que les gens pourront coller quelques autocollants sur leur corps pour mesurer de nombreux signaux vitaux, ainsi que pour visualiser et suivre la santé des principaux organes du corps. »

Ce travail a été soutenu, en partie, par les National Institutes of Health.