Les batteries qui se décomposent sans danger dans le tube digestif pourraient améliorer les dispositifs ingérables
Fabriquées à partir de matériaux « biorésorbables », ces nouvelles batteries pourraient alimenter des capsules destinées à l'administration de médicaments, à la détection et à d'autres applications
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À partir de matériaux sans danger pour la consommation humaine, des chercheurs du MIT ont mis au point de minuscules piles susceptibles d’alimenter des dispositifs électroniques ingérables. Ces piles pourraient rendre ces dispositifs plus sûrs pour les patients et réduire au minimum l’impact environnemental des piles une fois celles-ci éliminées.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont démontré que ces batteries, qui génèrent 1,84 volt, pouvaient alimenter deux types d’appareils différents : une étiquette RFID capable d’émettre depuis l’estomac, et une capsule produisant un faible courant électrique qui stimule la production de ghréline, l’hormone de la faim.
Ce type de pile, qui contient des électrodes à base de magnésium et de trioxyde de molybdène, pourrait également être utilisé dans d’autres dispositifs ingérables à des fins de détection ou thérapeutiques, affirment les chercheurs.
« Pour bon nombre des systèmes que nous développons, nous avons besoin d’énergie, et nous alimentons ces systèmes de différentes manières », explique Giovanni Traverso, professeur de génie mécanique au MIT, gastro-entérologue au Brigham and Women’s Hospital et membre associé du Broad Institute du MIT et de Harvard. « Souvent, nous utilisons des batteries ; la question qui se posait donc était la suivante : pourrions-nous développer une batterie biorésorbable, puis l’appliquer à toute une série de domaines d’application ? »
Giovanni Traverso est l’auteur principal de l’article, qui paraît aujourd’hui dans *Nature Chemical Engineering*. Mehmet Girayhan Say, ancien post-doctorant au MIT, en est l’auteur principal.
Des batteries biocompatibles
Au cours de la dernière décennie, Traverso et ses collaborateurs ont mis au point des gélules ingérables capables de surveiller les signes vitaux, d’administrer divers médicaments et de détecter les surdoses d’opioïdes.
Tous ces dispositifs ne nécessitent pas une source d’énergie. Pour ceux qui en ont besoin, les chercheurs les ont alimentés à partir d’une source externe transmettant de l’énergie sans fil, ont récupéré l’énergie produite par le tractus gastro-intestinal, ou ont utilisé de petites piles boutons. Cependant, ces piles, qui contiennent généralement du lithium, de l’oxyde d’argent ou d’autres métaux, pourraient présenter un risque pour la sécurité si leur revêtement protecteur venait à être endommagé lors de leur passage dans le tube digestif.
Afin de créer une pile plus sûre et de permettre aux systèmes d’être entièrement autonomes, sans avoir besoin d’une alimentation externe, les chercheurs se sont tournés vers des métaux pouvant servir d’électrodes tout en étant sans danger pour la consommation humaine en petites quantités : le magnésium et le trioxyde de molybdène.
« Ces matériaux sont réputés relativement sûrs. C’était notre principale motivation : trouver des matériaux tolérés par l’organisme humain », explique M. Traverso.
Les chercheurs ont utilisé du magnésium pour créer l’anode de la batterie et du trioxyde de molybdène pour la cathode. La batterie contient également un électrolyte sous forme de gel liquide ionique, et l’ensemble du système est biorésorbable, ce qui signifie qu’il peut être entièrement décomposé et absorbé par l’organisme. Les chercheurs ont conçu deux versions différentes de la batterie pouvant être utilisées pour des applications distinctes : un disque de 7,5 millimètres de diamètre et une barre rectangulaire de 24 millimètres de long.
Pour tester le comportement des batteries dans le tractus gastro-intestinal, les chercheurs les ont d’abord exposées à une solution hautement acide similaire au suc gastrique. Ils ont constaté que les batteries fonctionnaient normalement pendant environ trois jours, puis que leurs performances commençaient à diminuer progressivement. En l’espace de quelques semaines, elles se décomposent complètement.
Les chercheurs ont ensuite intégré la pile rectangulaire dans un dispositif biodégradable dont ils avaient fait état pour la première fois en 2023, conçu pour délivrer un faible courant électrique à la muqueuse de l’estomac. Dans ses travaux antérieurs, le laboratoire de Traverso avait démontré que cette impulsion pouvait stimuler les cellules endocrines de l’estomac afin qu’elles produisent de la ghréline.
La stimulation de la sécrétion de ghréline pourrait s’avérer utile pour traiter des maladies s’accompagnant de nausées ou d’une perte d’appétit, telles que la cachexie (perte de masse corporelle pouvant survenir chez les patients atteints d’un cancer ou d’autres maladies chroniques).
La version initiale de ce dispositif était alimentée par deux piles boutons à l’oxyde d’argent, similaires à celles utilisées dans les dispositifs ingérables approuvés par la FDA. En les remplaçant par les nouvelles piles à l’oxyde de magnésium et de molybdène, les chercheurs ont rendu la quasi-totalité du dispositif — à l’exception d’un circuit imprimé — biorésorbable. Les composants qui ne sont pas absorbés peuvent transiter par le tube digestif et être excrétés.
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont démontré que cette nouvelle pile était suffisamment puissante pour générer une stimulation électrique continue pendant jusqu’à trois jours. Des essais sur des animaux ont montré que 20 minutes de stimulation dans l’estomac pouvaient augmenter les taux de ghréline d’environ 50 %.
« Ce qui rend ces travaux passionnants, c’est que nous avons pu démontrer qu’une batterie biorésorbable n’est pas seulement un concept. Elle peut réellement alimenter des fonctions cliniquement pertinentes au sein du tractus gastro-intestinal, puis simplement se dissoudre », explique Say.
Communication alimentée par batterie
Les chercheurs ont ensuite intégré la batterie à un dispositif RFID, qu’ils ont conçu pour aider les patients à respecter leur schéma thérapeutique. Cette capsule peut transmettre sa position depuis l’intérieur du tractus gastro-intestinal via une étiquette RFID biorésorbable composée de molybdène et de cellulose.
Un système RFID antérieur, connu sous le nom de SAFARI et présenté par le laboratoire de Traverso en janvier, utilisait des étiquettes RFID passives, alimentées par de l’énergie récupérée, ce qui limitait la portée de communication.
Dans cette nouvelle étude, des essais sur des animaux ont montré que les étiquettes RFID pouvaient être alimentées efficacement par une batterie biorésorbable en forme de disque. Grâce à cette nouvelle batterie, le dispositif pourrait émettre en continu depuis le tractus gastro-intestinal, avec une portée plus longue (jusqu’à 1,5 mètre).
Les chercheurs prévoient désormais un essai clinique pour le système SAFARI, qui devrait débuter dans environ deux ans. De tels systèmes pourraient non seulement être plus sûrs pour les patients, mais aussi réduire l’impact environnemental des piles qui finiraient par être rejetées dans le réseau d’assainissement.
« Les avantages sont doubles : d’une part, la biorésorbabilité, mais aussi la possibilité de minimiser l’impact environnemental, car les matériaux se dégraderont également dans l’environnement », explique Traverso.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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