De nombreuses équipes travaillent à un traitement de substitution aux injections quotidiennes d’insuline, des injections qui dégradent considérablement la qualité de vie des patients diabétiques. Voilà un nouveau dispositif implantable qui pourrait permettre un contrôle du diabète sans injection. Il nous est présenté par une équipe de bioingénieurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) dans les Actes de l’Académie des Sciences américaine : le dispositif contient des cellules encapsulées qui produisent de l'insuline, ainsi qu'une petite usine de production d'oxygène qui maintient les cellules en bonne santé.
Une approche prometteuse du traitement du diabète de type 1 consiste à implanter des cellules d'îlots pancréatiques capables de produire de l'insuline. Cette approche pourrait libérer les patients de l'obligation de s'injecter fréquemment de l'insuline. Cependant, un obstacle majeur est qu’une fois les cellules implantées, elles finissent par manquer d’oxygène et donc cessent de produire de l’insuline.
Pour surmonter cet obstacle, les bioingénieurs du MIT ont conçu un nouveau dispositif implantable qui non seulement transporte des centaines de milliers de cellules d'îlots productrices d'insuline, mais possède également sa propre usine d'oxygène embarquée et qui génère de l'oxygène en divisant la vapeur d'eau présente dans le corps. L’équipe apporte la démonstration, chez la souris modèle de diabète, qu’une fois implanté, le dispositif permet de maintenir sur la durée la stabilité de la glycémie.
Un contrôle glycémique durant au moins un mois.
L’auteur principal, le chercheur Daniel Anderson, professeur de génie chimique au MIT explique : « il s’agit en quelque sorte d’un dispositif médical vivant fabriqué à partir de cellules humaines qui sécrètent de l’insuline, couplé à un système électronique de survie ».
Un contrôle glycémique plus fiable : la plupart des patients atteints de diabète de type 1 doivent surveiller attentivement leur glycémie et s'injecter de l'insuline au moins une fois par jour. Cependant, ce processus « humain » ne permet pas de reproduire la capacité naturelle du corps à contrôler la glycémie. Ainsi, la grande majorité des diabétiques insulino-dépendants s'injectent de l'insuline et font de leur mieux, mais ne parviennent pas à maintenir un taux de sucre sain dans le sang.
Des alternatives non satisfaisantes :
- l’alternative de la greffe de cellules productrices d’insuline semble résoudre le problème, car elles détectent bien les augmentations de la glycémie du patient. Cependant, les patients greffés doivent prendre des médicaments immunosuppresseurs pour empêcher leur organisme de rejeter les cellules implantées.
- Les cellules d'îlots dérivées de cellules souches constituent une nouvelle alternative, mais les patients qui reçoivent ces cellules doivent également prendre des médicaments immunosuppresseurs.
- Encapsuler les cellules transplantées dans un dispositif flexible qui protège les cellules du système immunitaire, est une autre approche possible. Cependant, trouver un approvisionnement fiable en oxygène pour ces cellules encapsulées s’est jusque-là avéré complexe.
- Certains dispositifs expérimentaux, dont un testé lors d'essais cliniques, disposent d'une chambre à oxygène pouvant alimenter les cellules, mais cette chambre doit être rechargée périodiquement.
- Enfin, des implants ont été développés qui contiennent des réactifs chimiques capables de générer de l'oxygène, mais ceux-ci finissent également par s'épuiser.
La nouvelle approche permet de générer de l’oxygène indéfiniment à l’aide d’une membrane échangeuse de protons – une technologie initialement déployée pour générer de l’hydrogène dans les piles à combustible – située à l’intérieur de l’appareil. Cette membrane peut diviser la vapeur d'eau (trouvée en abondance dans le corps) en hydrogène, qui se diffuse sans danger, et en oxygène, qui entre dans une chambre de stockage qui alimente les cellules des îlots à travers une fine membrane perméable à l'oxygène.
Un avantage important de cette approche est qu’elle ne nécessite aucun fil ni pile.
La division de cette vapeur d'eau nécessite une petite tension (environ 2 volts), générée à l'aide d'un phénomène connu sous le nom de couplage inductif par résonance : une bobine magnétique située à l'extérieur du corps transmet l'énergie à une petite antenne flexible à l'intérieur du dispositif implanté, ce qui permet un transfert d'énergie sans fil. Cela nécessite une antenne externe, qui, selon les chercheurs, pourrait être portée sous forme de patch sur la peau du patient.
La preuve de concept in vivo : testé sur des souris diabétiques, implanté juste sous la peau, le dispositif générateur d’oxygène permet bien de maintenir une glycémie normale, comparable à celle d’animaux en bonne santé. Et le défi de la fibrose ? Généralement, lorsqu’un dispositif médical est implanté dans le corps, l’attaque du système immunitaire entraîne une accumulation de tissu cicatriciel appelé fibrose, qui peut réduire l’efficacité du dispositif. Ce type de tissu cicatriciel s’est formé autour des implants utilisés dans l’étude, mais le dispositif est resté capable de contrôler la glycémie.
D’autres applications possibles ? Cette approche pourrait également être utilisée pour délivrer des cellules qui produisent d’autres types de protéines thérapeutiques qui doivent être administrées sur de longues périodes. Ainsi, l’équipe montre également la capacité du dispositif à maintenir vivantes les cellules qui produisent de l'érythropoïétine, une protéine qui stimule la production de globules rouges.
Vers des dispositifs médicaux vivants
pouvant résider dans le corps et produire des médicaments selon les besoins : c’est en effet une nouvelle génération de dispositifs « vivants » qui s’annonce avec ces travaux, qui seront capables de remplacer le besoin de perfusions et d’aider ainsi des millions de patients.
Bientôt, des essais chez l’Homme, avec un implant qui aurait à peu près la taille d’un bâton de chewing-gum.
Source: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 22 Sept, 2023 DOI : 10.1073/pnas.2311707120 A wireless, battery-free device enables oxygen generation and immune protection of therapeutic xenotransplants in vivo (In Press) via AAAS 18 Sept, 2023 An implantable device could enable injection-free control of diabetes
Lire aussi : DIABÈTE de type 1 : Le sémaglutide réduit aussi le besoin d’insuline
