Des chercheurs de l'Université de Pittsburgh développent un implant spinal capable de s'auto-alimenter et de transmettre des données de guérison en temps réel.
Basé sur des métamatériaux et une IA, ce dispositif sans batterie ni électronique pourrait offrir un suivi post-opératoire plus sûr, à distance et sans exposition aux radiations.
Chaque année, près d'un million d'Américains subissent une arthrodèse, aussi appelée fusion vertébrale. Cette intervention lourde vise à souder deux vertèbres ou plus pour stabiliser la colonne et soulager la douleur.
Pour ce faire, les chirurgiens insèrent une cage intersomatique, souvent en métal, et une greffe osseuse, l'ensemble étant maintenu par des vis. Le suivi post-opératoire reste cependant archaïque, reposant sur des visites en cabinet et des examens radiologiques réguliers.
Un suivi post-opératoire aux lourdes contraintes
Le protocole actuel oblige les patients à se déplacer et à s'exposer de manière répétée aux radiations des rayons X. Comme le souligne le Dr Nitin Agarwal, professeur de neurochirurgie et co-responsable du projet, cette méthode ne permet pas une surveillance continue et crée une déconnexion dans le parcours de soin.
Bien que des dispositifs médicaux implantables et sans fil existent déjà, leur dépendance à une source d'énergie interne, comme une batterie, limite drastiquement leur durée de vie et leur fiabilité pour une application à long terme comme la fusion vertébrale.
Du génie civil à la colonne vertébrale
L'idée novatrice vient d'un domaine inattendu : la surveillance des infrastructures. Amir Alavi, professeur en génie civil, avait déjà mis au point des capteurs autonomes pour détecter les signes de faiblesse dans les ponts.
Il a réalisé que ce concept pouvait être transposé à l'échelle du corps humain. La solution repose sur l'utilisation de métamatériaux, des composites artificiels dont les propriétés dépassent celles des matériaux naturels.
En entrelaçant des couches conductrices et non conductrices, l'implant devient capable de générer sa propre énergie par contact électrique lorsque la pression est appliquée. "Pas de batteries, pas d'antennes, pas d'électronique in vivo, donc pas de soucis !", résume le professeur Alavi.
L'équipe a conçu une cage intersomatique qui agit comme une cellule vivante, dotée d'une intelligence intrinsèque. Juste après l'opération, la pression exercée par les vertèbres sur l'implant est forte, générant un signal puissant.
À mesure que l'os se consolide et commence à supporter une plus grande partie de la charge, la pression sur la cage diminue, et le signal s'affaiblit naturellement. Cette variation devient un indicateur direct et fiable du processus de guérison.
Un implant personnalisé qui communique avec le cloud
Pour parfaire le dispositif, l'équipe a recours à l'intelligence artificielle générative. Elle permet de concevoir et d'imprimer en 3D une cage sur mesure, parfaitement adaptée à l'anatomie unique de chaque patient, à partir d'un simple scan de sa colonne vertébrale.
Le signal émis par l'implant est capté par une simple électrode placée sur le dos du patient, puis transmis vers le cloud pour une analyse en temps réel par l'équipe médicale. Cette connexion permanente ouvre la voie à des interventions préventives, bien avant l'apparition de complications sérieuses.
Forts de tests in vitro concluants et d'un financement de 352 213 dollars accordé par le National Institutes of Health (NIH), les chercheurs se préparent désormais à lancer les essais in vivo sur des modèles animaux.
Si cette étape est un succès, la voie sera ouverte aux essais cliniques sur l'homme, marquant potentiellement un tournant décisif dans la manière dont les chirurgies de la colonne vertébrale sont suivies et gérées.
