Une gélule en papier ingérable alimente temporairement des dispositifs médicaux dans l’organisme avant de se dégrader. Lors d’essais chez des modèles porcins, elle a délivré une tension de sortie maximale de 1,84 volt et a pu fournir de l’énergie pendant trois jours. Cette technologie pourrait, à terme, alimenter des dispositifs temporaires permettant de suivre la prise de médicaments ou de délivrer des stimulations électriques, sans qu’il soit nécessaire de les retirer ultérieurement.
Les dispositifs électroniques ingérables permettent d’administrer des traitements et d’en suivre les effets directement depuis l’intérieur de l’organisme. Ils peuvent également délivrer des stimulations électriques temporaires à des fins thérapeutiques ou être utilisés pour des applications de biodétection. Ces systèmes reposent cependant généralement sur des sources d’énergie telles que des piles alcalines ou des batteries lithium-ion, qui doivent généralement être retirées après leur utilisation en raison des risques qu’elles peuvent présenter pour l’organisme.
Des problèmes d’encapsulation et des réactions chimiques secondaires peuvent également entraîner la fuite de substances potentiellement toxiques dans l’organisme et provoquer des lésions tissulaires. L’ingestion accidentelle de composants tels que des piles conventionnelles peut, par exemple, entraîner des perforations de l’œsophage, tandis que les fuites d’électrolyte alcalin peuvent provoquer des brûlures chimiques locales, voire des nécroses tissulaires.
Des dispositifs ingérables conçus pour un transit temporaire ont été proposés pour pallier ces risques en permettant à certains de leurs composants d’être éliminés naturellement par voie digestive. Lorsque ces composants ne sont pas biodégradables, leur excrétion contribue toutefois à la dispersion de déchets électroniques dans l’environnement.
Dans une étude parue le 21 septembre dans la revue Nature Chemical Engineering, des chercheurs codirigés par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) présentent un nouveau dispositif d’alimentation ingérable qui se dégrade partiellement après avoir fourni temporairement de l’énergie à des dispositifs médicaux. « Nous présentons ici une plateforme de batterie biorésorbable spécifiquement conçue pour alimenter des dispositifs électroniques ingérables de pointe », écrivent les chercheurs.
Une tension maximale de 1,84 V
Les batteries biorésorbables sont étudiées pour limiter les risques associés à la présence prolongée de sources d’énergie dans le tractus gastro-intestinal. Elles se dégradent de manière contrôlée une fois ingérées, sans générer, lors de leur dégradation, de fragments susceptibles de provoquer des lésions ou de libérer des substances potentiellement nocives.
La durée de fonctionnement peut ainsi être ajustée en fonction de l’application envisagée. Les batteries à base de magnésium suscitent un intérêt croissant en raison de leur capacité élevée et de leur biodégradabilité, dont la vitesse peut être contrôlée. L’équipe de la nouvelle étude a mis au point une batterie en papier composée de magnésium et de trioxyde de molybdène.
Résumé graphique de l’étude. © Mehmet Girayhan Say et al.
« Nous présentons ici une batterie en papier biorésorbable à base de magnésium et de trioxyde de molybdène (Mg–MoO3), qui offre des performances électrochimiques élevées dans des conditions physiologiques tout en se dégradant sans danger au fil du temps », écrivent les chercheurs.
Le dispositif délivre une tension de sortie maximale de 1,84 V, suffisante pour alimenter les dispositifs testés. Il a notamment été évalué pour deux applications : des étiquettes d’identification par radiofréquence (RFID) assistées par batterie, destinées au suivi sans fil de médicaments, et des systèmes en gélule destinés à l’électroceutique, c’est-à-dire à des thérapies reposant sur une stimulation électrique.
Lors d’essais in vivo chez des modèles porcins, la batterie a alimenté une étiquette sans fil implantée dans l’œsophage. Elle a permis une communication stable avec un récepteur situé à 1,5 mètre de distance et a pu fournir de l’énergie pendant trois jours. Elle a également alimenté une capsule destinée à stimuler électriquement l’estomac pendant 20 minutes, une approche étudiée notamment pour les troubles de la vidange gastrique.
Aucune lésion tissulaire liée à la stimulation n’a été observée, indiquent les chercheurs. Toutefois, les essais ont porté sur un nombre restreint d’animaux et le circuit imprimé utilisé pour la stimulation électrique n’était pas biodégradable et a été excrété naturellement par les animaux, précisent les chercheurs.
Néanmoins, « cette étude pose les bases de sources d’énergie sûres, performantes et biorésorbables pour l’électronique biomédicale, ouvrant la voie à des dispositifs écologiques ne nécessitant aucune récupération et éliminant la production de déchets électroniques dans l’environnement gastro-intestinal. »
