PILLSID, robot ingérable qui délivre de l'insuline sans aiguilles externes

Imaginez un cargo spatial qui décolle vers l'espace et s'arrime à la Station spatiale internationale. La fusée manœuvre jusqu'à la station et se fixe à l'aide d'un sas étanche pour transférer des provisions. Imaginez maintenant une version miniature de ce processus, se déroulant à l'intérieur de votre organisme. 

En août 2021, des chercheurs italiens ont annoncé avoir créé un système robotisé capable de ce type de « livraisons » utiles, entièrement opérationnel à l'intérieur de l'intestin. Le système comprend un robot distributeur d'insuline, implanté chirurgicalement dans la cavité abdominale, et des capsules ingérables qui fournissent l'insuline au dispositif. 

Les concepteurs du robot ont testé leur système sur trois porcs diabétiques. Selon les résultats publiés dans la revue Science Robotics, le système a réussi à contrôler le taux de glucose sanguin des porcs pendant plusieurs heures. « C'est peut-être effrayant de penser à une station d'amarrage à l'intérieur du corps, mais elle a fonctionné », a déclaré Arianna Menciassi, auteure de l'article et professeure de robotique biomédicale et de bio-ingénierie à la Scuola Superiore Sant’Anna de Pise. 

« Dans cette étude, nous décrivons un prototype de PILLSID. Les éléments clés du dispositif ont été validés à la fois en tant que composants individuels et au sein du dispositif intégré, au niveau préclinique. Nous démontrons que le mécanisme de remplissage fonctionne efficacement et que le taux de glucose sanguin peut être régulé en toute sécurité chez les porcs diabétiques. Le robot pèse 165 g et mesure 78 x 63 x 35 mm, ce qui est comparable aux dispositifs implantables commerciaux, tout en résolvant des problèmes critiques liés au remplissage du réservoir et à l'alimentation », indique le document scientifique. 

Dans le système de l'équipe de Menciassi, le dispositif, de la taille d'un téléphone à clapet, est implanté chirurgicalement le long de la paroi abdominale, reliée à l'intestin grêle. Le robot délivre l'insuline dans le liquide de cet espace. Lorsque le médicament arrive à épuisement dans le réservoir, une capsule magnétique remplie d'insuline se déplace pour le recharger. 

En théorie, la procédure de rechargement fonctionnerait chez l'humain de la façon suivante : le patient avale la capsule comme un comprimé ordinaire, et elle traverse naturellement le système digestif jusqu'à atteindre la zone de l'intestin grêle où l'implant a été placé. À l'aide de champs magnétiques, l'implant attire la capsule, la fait tourner et la maintient en position correcte. Le robot perce ensuite la capsule avec une aiguille rétractable et injecte l'insuline dans son réservoir. L'aiguille doit également traverser une fine couche de tissu intestinal pour atteindre la capsule. 

Au total, l'implant contient quatre actionneurs qui commandent l'arrimage, la perforation par l'aiguille, le volume du réservoir et l'aspiration, ainsi qu'une pompe. Le moteur responsable de l'arrimage fait tourner un aimant pour mettre la capsule en place. Les auteurs indiquent que la conception s'est inspirée des systèmes de serrage industriels et des robots d'inspection de canalisations. 

Après la livraison de l'insuline, l'implant libère la capsule, qui poursuit naturellement son parcours dans le tube digestif avant d'être éliminée de l'organisme. Les champs magnétiques qui commandent l'arrimage et la libération de la capsule sont pilotés sans fil à l'aide d'un dispositif externe de programmation et peuvent être activés ou désactivés. La batterie de l'implant se recharge sans fil grâce à un appareil externe. 

Ce système de délivrance pourrait être utile aux personnes atteintes de diabète de type 1, en particulier à celles qui doivent s'injecter de l'insuline plusieurs fois par jour. Les pompes à insuline sont disponibles dans le commerce, mais elles nécessitent un équipement externe qui administre le médicament par un tube ou une aiguille pénétrant dans l'organisme. Des pompes à insuline implantables existent également, mais ces dispositifs doivent être remplis via un tube qui sort du corps, ce qui provoque des infections bactériennes ; de tels systèmes ne se sont donc pas imposés. 

Selon Menciassi, un système entièrement implantable, rechargé par un comprimé, supprimerait le besoin de tubes apparents et d'équipements externes. Les auteurs indiquent que ce mécanisme pourrait également servir à administrer d'autres médicaments, notamment en chimiothérapie pour les personnes atteintes de cancers de l'ovaire, du pancréas, de l'estomac et du côlon. 

La prochaine étape consiste pour les auteurs à améliorer l'étanchéité du dispositif implanté. « Nous avons observé chez certains porcs que des fluides corporels pénétraient à l'intérieur du robot », a expliqué Menciassi. Selon elle, certaines fuites se produisent probablement pendant l'arrimage, lorsque l'aiguille sort de l'implant. Aucune fuite n'avait été constatée lorsque l'équipe avait précédemment testé le dispositif dans l'eau, mais le corps humain est bien plus complexe. 

La création de robots entièrement implantables, capables de remplacer ou de rétablir des processus physiologiques, constitue un défi majeur de la robotique médicale. 

Il faudra vraisemblablement encore du temps avant que le système des scientifiques italiens n'arrive dans les hôpitaux, mais les dispositifs répondant à des besoins médicaux depuis l'intérieur du corps pourraient devenir de plus en plus courants. Par exemple, en 2016, le Massachusetts Institute of Technology (MIT) a présenté un robot en origami capable de récupérer des objets à l'intérieur de l'intestin.