Localisation et alimentation sans fil multiplexées de microdispositifs gastro-intestinaux grâce à technologies bio-adaptatives de contrôle des ondes – MedWave

Le projet associe calculs informatiques, fabrication de prototypes et essais expérimentaux. Des programmes ont d’abord été développés pour comprendre comment diriger efficacement l’énergie et transmettre des informations à travers le corps. Les dispositifs ont ensuite été conçus et fabriqués au laboratoire. Ils ont été testés dans des modèles artificiels reproduisant la forme et les propriétés des tissus humains, réalisés notamment par impression en trois dimensions. Enfin, des essais sur modèle porcin, menés avec une unité de recherche spécialisée dans les sciences animales, ont permis d’évaluer leur fonctionnement dans des conditions proches de la réalité..

MedWave a permis de franchir plusieurs étapes importantes vers des dispositifs médicaux avalables ou implantables plus petits, plus autonomes et plus faciles à suivre dans le corps.

Le projet a d’abord démontré qu’il était possible de mieux diriger l’énergie vers un dispositif placé à l’intérieur du corps, malgré les pertes provoquées par les tissus biologiques et les mouvements du patient. Les performances obtenues ont largement dépassé les attentes initiales : dans certaines conditions, la quantité d’énergie reçue peut être jusqu’à 10 000 fois supérieure à celle obtenue avec les méthodes classiques. Cette découverte ouvre des perspectives bien au-delà du projet, notamment pour alimenter de petits dispositifs médicaux situés en profondeur. Elle a contribué à l’obtention d’un financement du Conseil européen de la recherche consacré à de nouvelles interfaces avec le système nerveux.

Une autre avancée inattendue concerne la détection de saignements digestifs. Les chercheurs ont montré que l’élément utilisé pour communiquer sans fil pouvait également servir de capteur. Cette solution permet d’envisager un dispositif plus simple, plus petit et moins énergivore, car elle réduit le nombre de composants nécessaires.

Le projet a aussi abouti à de nouvelles solutions pour les éléments portés sur le corps qui transmettent l’énergie et recueillent les informations. Leur taille a pu être réduite tout en améliorant leur capacité à diriger les ondes vers la zone recherchée. Des modèles expérimentaux reproduisant le corps humain ont été fabriqués par impression en trois dimensions afin de tester et de comparer les différents prototypes.

Enfin, des essais sur modèle porcin ont confirmé la capacité des dispositifs avalables à transmettre des informations depuis le tube digestif et à détecter des changements dans leur environnement. Les essais complémentaires consacrés à l’alimentation à distance sont en cours de finalisation avec le partenaire singapourien. Ces travaux ont déjà donné lieu à de nombreuses publications scientifiques, à des chapitres d’ouvrage et à de nouvelles collaborations internationales.

Les résultats de MedWave ouvrent la voie à une nouvelle génération de dispositifs médicaux avalables ou implantables, plus petits, plus autonomes et capables de communiquer depuis l’intérieur du corps. À court terme, les travaux se poursuivront afin de finaliser les essais d’alimentation à distance avec le partenaire singapourien et de confirmer les performances des prototypes dans des situations encore plus proches de leur future utilisation médicale.

La capacité d’utiliser un même composant pour communiquer et détecter des changements dans son environnement pourrait permettre de simplifier fortement les dispositifs. Cette approche sera approfondie pour le repérage de saignements digestifs, mais aussi pour mesurer d’autres informations physiologiques. À plus long terme, elle pourrait contribuer à des examens moins invasifs, à un suivi plus continu des patients et à une détection plus précoce de certaines anomalies.

Les méthodes permettant de diriger l’énergie à travers le corps seront également adaptées à d’autres applications médicales. Elles serviront notamment au développement de nouvelles interfaces avec le système nerveux dans le cadre d’un projet financé par le Conseil européen de la recherche.

MedWave contribue par ailleurs à la création d’une plateforme de bioélectronique sans fil destinée à concevoir, fabriquer et tester de petits dispositifs médicaux alimentés à distance. Cette plateforme favorisera les collaborations avec la communauté scientifique, notamment avec les universités de Stanford, de Vienne et de Singapour ainsi qu’avec l’École polytechnique fédérale de Lausanne. Enfin, une démarche de création d’entreprise est engagée afin d’étudier le transfert de certains résultats vers des applications concrètes et, à terme, vers les patients.

Les capsules capteurs communicantes (3C) permettent d'accéder au tractus gastro-intestinal (GI) pour le diagnostic ou la thérapie. Cependant, les systèmes actuels offrent des capacités de miniaturisation, localisation et téléalimentation extrêmement limitées à cause des propriétés électromagnétiques (EM) très complexes du corps humain (milieu dynamique, hétérogène, dispersif et à pertes). Notre objectif est de développer une nouvelle technique de contrôle adaptatif des ondes pour géolocaliser et alimenter les 3C. Nous visons à: (i) élucider les mécanismes de contrôle des ondes via des modèles anatomiques complexes, (ii) développer des structures rayonnantes intégrées dans les électrotextiles pour la localisation et l'alimentation des 3C, et (iii) démontrer l'utilité clinique en cartographiant les saignements GI dans un modèle porcin. Ces objectifs s'inscrivent dans la priorité de recherche «Applications des technologies numériques à la santé, à la mobilité durable, aux villes durables et résilientes, à l’usine du futur» de l'accord bilatéral ANR-NRF dans le cadre de l'appel à projets 2021 (thème ANR 8.7 «Technologies pour la santé»). La forte synergie entre NUS (bioélectronique) et l'IETR (EM, antennes) garantira le succès du développement de cette nouvelle génération de microimplants.