Les ultrasons et les cils pour nettoyer les stents et les cathéters implantés

Les stents et cathéters urinaires sont largement utilisés en médecine humaine et vétérinaire pour drainer l'urine dans ou depuis la vessie. Les stents urétéraux sont utilisés lorsque l'uretère, le conduit entre le rein et la vessie, est bloqué par des tumeurs, une grossesse, des calculs ou un rétrécissement anatomique. Le biofilm, produit par les bactéries, et les dépôts cristallins, appelés incrustations, se développent sur les parois internes et externes de ces stents et cathéters peu après leur implantation et sont parmi les principales causes de défaillance de ces dispositifs, car ils entraînent des blocages douloureux et des infections urinaires. Pour éviter ce genre de problèmes, les stents et cathéters urinaires doivent être remplacés tous les deux à six mois, ce qui non seulement limite considérablement la qualité de vie des personnes concernées, mais entraîne également une charge et des coûts hospitaliers élevés.

Dans une étude récente dirigée par le PD Dr Francesco Clavica du ARTORG Center for Biomedical Engineering Research de l'Université de Berne et du département d'urologie de l'Inselspital, l'Hôpital universitaire de Berne, ainsi que Prof Daniel Ahmed du Acoustic Robotics Systems Lab de l'ETH Zurich, l'équipe interdisciplinaire a imité l'architecture et les conditions d'écoulement des stents urétraux. Ils ont ou pu prouver que les cils artificiels activés par ultrasons à la surface du stent peuvent éliminer les biofilms et les incrustations de manière efficace. Ces résultats ont été récemment publiés dans la revue scientifique PNAS.

Collaboration interdisciplinaire sur le site médical de Berne

Dr Cornel Dillinger, UniBE Venture Fellow, co-premier auteur de l'étude avec Pedro Amado, tous les deux du ARTORG Center for Biomedical Engineering Research de l'Université de Berne, explique : « Grace au soutien de l’Innovation Office de l'Université de Berne, nous avons traduit la recherche fondamentale menée pendant mon doctorat à l'ETH Zurich pour développer une technologie innovante ». L’équipe de recherche imagine de nouveaux dispositifs médicaux dotés de cils sur les parois internes et externes qui, grâce à l'activation des ultrasons par la peau, produiront un flux efficace qui détachera les bactéries et les cristaux des surfaces et les évacuera. De cette manière, les stents et les cathéters peuvent être nettoyés de manière non invasive, ce qui réduirait considérablement les risques d'obstruction.

Nettoyage efficace par ultrasons

Les chercheurs et chercheuses ont pu montrer que les ondes ultrasonores qui touchent des surfaces lisses ne génèrent pratiquement pas de ruissellement. En revanche, si la surface présente des micro-structures aux arêtes vives, telles que des cils, un flux très efficace est créé, appelé flux acoustique. Les résultats des expériences de microfluidique ont largement dépassé les attentes de l’équipe de recherche. « Dans tous les tests, les incrustations et les biofilms typiques que l'on trouve dans les stents et les cathéters urinaires ont pu être éliminés en quelques minutes, voire en quelques secondes, grâce à notre technologie », explique Daniel Ahmed, co-dirigeant de l'étude. Cette technologie pourrait être utilisée non seulement en urologie, mais aussi dans d'autres domaines tels que la chirurgie viscérale ou la médecine vétérinaire, où le nettoyage des dispositifs médicaux implantés est également crucial.

Un regard vers l'avenir

Le nettoyage non invasif par activation ultrasonique a le potentiel de minimiser le besoin d'interventions invasives répétées, ce qui pourrait améliorer considérablement la qualité de vie des patients et patientes et réduire la charge hospitalière en termes de visites ambulatoires. Les résultats de l'étude de faisabilité sont prometteurs. « Cependant, il reste encore un long chemin à parcourir avant de disposer d'un produit commercialisable dont les personnes concernées pourront bénéficier », souligne Francesco Clavica, co-dirigeant de l'étude. Avec le soutien d'une bourse BRIDGE de plus de 2 millions de francs suisses du Fonds national suisse, la prochaine étape consistera à développer un prototype qui sera testé sur des modèles animaux. « Nous réfléchissons déjà à la manière dont un tel dispositif pourrait être produit de manière évolutive et durable », ajoute Clavica.

À plus long terme, l'équipe de recherche envisage de créer une entreprise dérivée. « Les résultats pionniers obtenus dans le cadre de notre projet sont un exemple de l'étroite collaboration interdisciplinaire qui existe sur le site médical de Berne – entre les chercheurs et chercheuses de l'Université de Berne, les experts et expertes cliniques de l'Inselspital, l'Hôpital universitaire de Berne et le sitem-insel, l’Institut suisse pour la médecine translationnelle et l'entrepreneuriat, qui constitue un terrain fertile l'entrepreneuriat afin d'apporter des solutions aux patients et patientes », conclut Clavica.