Un capteur implantable pourrait inverser les surdoses d’opioïdes

En 2023, plus de 100 000 Américains sont morts d’overdoses d’opioïdes. Le moyen le plus efficace de sauver une personne qui a fait une overdose est d’administrer un médicament appelé naloxone, mais un secouriste ou un témoin ne peut pas toujours atteindre la personne qui a fait une overdose à temps.

Des chercheurs du MIT et du Brigham and Women’s Hospital ont mis au point un nouvel appareil qui, espèrent-ils, contribuera à éliminer ces retards et à sauver la vie des personnes qui font une overdose. L’appareil, de la taille d’un chewing-gum, peut être implanté sous la peau, où il surveille le rythme cardiaque, la fréquence respiratoire et d’autres signes vitaux. Lorsqu’il détermine qu’une overdose s’est produite, il administre rapidement une dose de naloxone.

Dans une étude publiée dans la revue Appareilles chercheurs ont montré que l’appareil peut inverser avec succès les surdoses chez les animaux.

Avec des développements ultérieurs, les chercheurs envisagent que cette approche pourrait fournir une nouvelle option pour aider à prévenir les décès par surdose dans les populations à haut risque, comme les personnes qui ont déjà survécu à une surdose.

« Cela pourrait réellement répondre à un besoin important non satisfait dans la population qui souffre de toxicomanie et de dépendance aux opiacés pour aider à atténuer les surdoses, en se concentrant initialement sur la population à haut risque », explique Giovanni Traverso, professeur associé de génie mécanique au MIT, gastro-entérologue au Brigham and Women’s Hospital et auteur principal de l’étude.

Les principaux auteurs de l’étude sont Hen-Wei Huang, ancien chercheur invité du MIT et actuellement professeur adjoint de génie électrique et électronique à l’Université technologique de Nanyang à Singapour ; Peter Chai, professeur associé de médecine d’urgence au Brigham and Women’s Hospital ; SeungHo Lee, chercheur scientifique au Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT ; Tom Kerssemakers et Ali Imani, anciens étudiants en master au Brigham and Women’s Hospital ; et Jack Chen, doctorant en génie mécanique au MIT.

Un dispositif implantable

La naloxone est un antagoniste des opioïdes, ce qui signifie qu’elle peut se lier aux récepteurs opioïdes et bloquer les effets d’autres opioïdes, dont l’héroïne et le fentanyl. Le médicament, administré par injection ou sous forme de vaporisateur nasal, peut rétablir une respiration normale en quelques minutes seulement après son administration.

Cependant, de nombreuses personnes sont seules lorsqu’elles font une overdose et ne reçoivent pas d’aide à temps pour sauver leur vie. De plus, avec une nouvelle vague d’opioïdes synthétiques plus puissants qui déferle sur les États-Unis, les overdoses d’opioïdes peuvent survenir plus rapidement et être imprévisibles.

Pour tenter de surmonter ce problème, certains chercheurs développent des appareils portables capables de détecter une surdose et d’administrer de la naloxone, mais aucun d’entre eux n’a encore fait ses preuves.

L’équipe du MIT/BWH a entrepris de concevoir un dispositif implantable qui serait moins encombrant, permettrait une injection directe de naloxone dans le tissu sous-cutané et éliminerait la nécessité pour le patient de se souvenir de le porter.

Le dispositif mis au point par les chercheurs comprend des capteurs capables de détecter le rythme cardiaque, le rythme respiratoire, la pression artérielle et la saturation en oxygène. Dans une étude sur des animaux, les chercheurs ont utilisé les capteurs pour mesurer tous ces signaux et déterminer exactement comment ils évoluent lors d’une surdose de fentanyl.

Cela a donné lieu à un algorithme unique qui augmente la sensibilité de l’appareil pour détecter avec précision une surdose d’opioïdes et la distinguer d’autres conditions où la respiration est diminuée, comme l’apnée du sommeil.

Cette étude a montré que le fentanyl provoque d’abord une baisse du rythme cardiaque, suivie rapidement d’un ralentissement de la respiration. En mesurant l’évolution de ces signaux, les chercheurs ont pu calculer le moment où l’administration de naloxone doit être déclenchée.

« L’aspect le plus difficile du développement d’une solution technique pour prévenir la mortalité par surdose est de répondre simultanément à l’adhésion des patients et à leur volonté d’adopter de nouvelles technologies, de lutter contre la stigmatisation, de minimiser les détections de faux positifs et d’assurer la livraison rapide d’antidotes », explique Huang.

« Notre solution proposée répond à ces besoins non satisfaits en développant un implant robotique miniaturisé équipé de modalités multi-capteurs, de capacités de surveillance continue, d’une prise de décision embarquée et d’un mécanisme de micropompage innovant. »

L’appareil comprend également un petit réservoir pouvant contenir jusqu’à 10 milligrammes de naloxone. Lorsqu’une surdose est détectée, une pompe est déclenchée qui éjecte la naloxone, qui est libérée en environ 10 secondes.

Dans leurs études sur les animaux, les chercheurs ont découvert que l’administration de ce médicament pouvait inverser les effets d’un surdosage dans 96 % des cas.

« Nous avons créé un système en boucle fermée qui peut détecter le début de l’overdose d’opiacés, puis libérer l’antidote, et vous voyez alors cette récupération », explique Traverso.

Prévenir les surdoses

Les chercheurs envisagent d’utiliser cette technologie pour aider les personnes les plus exposées au risque d’overdose, à commencer par celles qui ont déjà eu une overdose. Ils envisagent désormais de déterminer comment rendre l’appareil le plus convivial possible, en étudiant des facteurs tels que l’emplacement optimal pour l’implantation.

« L’un des principaux piliers de la lutte contre l’épidémie d’opioïdes est de fournir de la naloxone aux personnes à des moments clés de risque. Notre vision pour ce dispositif est de l’intégrer à la cascade de stratégies de réduction des risques pour administrer efficacement et en toute sécurité la naloxone, prévenant ainsi les décès par surdose d’opioïdes et offrant la possibilité de soutenir les personnes souffrant de troubles liés à la consommation d’opioïdes », explique Chai.

Les chercheurs espèrent pouvoir tester l’appareil sur des humains d’ici trois à cinq ans. Ils travaillent actuellement à la miniaturisation de l’appareil et à l’optimisation de la batterie embarquée, qui peut actuellement fournir de l’énergie pendant environ deux semaines.

Cet article est republié avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement au MIT.