Le nouveau projet GLUTRONICS de 2,1 millions de livres sterling vise à révolutionner les dispositifs médicaux implantables grâce à une technologie transformatrice qui exploite l'énergie du glucose dans le corps.
Une nouvelle génération de dispositifs médicaux implantables alimentés par les sucres naturels du corps pourrait aider à traiter des maladies chroniques telles que les maladies neurodégénératives, le diabète et les maladies cardiaques, après qu'un projet de recherche dirigé par le Royaume-Uni ait reçu un financement de plus de 2 millions de livres sterling.
Mené à l'Université de Bath et en collaboration avec les Universités de Newcastle, Oxford et Sheffield, le projet GLUTRONICS développera une bioélectronique alimentée par le glucose qui pourra aider les patients souffrant de maladies chroniques en éliminant le besoin de blocs-batteries encombrants qui peuvent avoir besoin d'être rechargés ou remplacés.
Abréviation de Bioélectronique implantable à très faible consommation alimentée au glucose, GLUTRONICS relève un défi crucial dans les soins de santé modernes : le caractère invasif et les limites des dispositifs implantables actuels. Ceux-ci dépendent fortement des batteries qui, malgré leur réduction au fil du temps, présentent toujours des problèmes. Les batteries représentent souvent plus de 80 % du volume et du poids d'un appareil et nécessitent des interventions chirurgicales risquées pour leur remplacement, leur entretien et nuisent à leur utilisation à long terme et au confort du patient.
L’équipe du projet crée des piles à combustible au glucose miniatures, légères et durables qui convertissent les sucres présents dans les fluides corporels en énergie utile à l’échelle du µW ou du microwatt (un millionième de watt). Ces piles à combustible imiteront la manière dont les organes extrairont l’énergie dont ils ont besoin à partir des sucres naturellement présents dans les fluides physiologiques et reconstitués avec la nourriture.
En permettant une miniaturisation sans précédent sans compromettre les performances énergétiques, GLUTRONICS pourrait faire progresser considérablement l'utilisation et les capacités des dispositifs électroniques implantables, tels que les stimulateurs cardiaques, les appareils électroniques de stimulation nerveuse et les moniteurs de diabète. Cela contribuera à améliorer la qualité de vie de millions de personnes dans le monde vivant avec un dispositif bioélectronique implantable et à élargir la gamme d'opportunités d'application, soutenant à terme une thérapie de précision et une gestion efficace des maladies chroniques.
La responsable du projet, le professeur Mirella Di Lorenzo, est doyenne associée pour les questions internationales à la faculté d'ingénierie et de conception de l'université de Bath et codirectrice du centre de bioingénierie et de technologies biomédicales (CBio). Elle déclare : « L’éventail des affections qui pourraient être traitées par des appareils miniatures alimentés au glucose est vaste, allant des maladies cardiaques aux maladies neurodégénératives et au diabète.
« Notre ambition pour GLUTRONICS est de faire progresser la recherche sur les piles à combustible au glucose au-delà de l'état de l'art, avec une approche systémique qui va au-delà de la chimie des électrodes, sur laquelle les chercheurs se sont principalement concentrés jusqu'à présent, pour inclure l'électronique, les stratégies d'intégration appareil-corps, la fabrication, les cadres réglementaires et les solutions co-développées par les patients et le public.
Le professeur Alex Rothman, professeur de cardiologie à l'Université de Sheffield et cardiologues consultants honoraires au Sheffield Teaching Hospitals NHS Trust, déclare : « Les dispositifs médicaux apportent des avantages significatifs aux patients atteints de diverses maladies. La capacité de se charger de la même manière que le corps alimente ses propres organes éliminera le besoin de remplacer ou de recharger les appareils, créerait une intégration étroite avec l'appareil et surmonterait l'un des principaux obstacles dans ce domaine. »
Le professeur Tim Denison, titulaire de la chaire de la Royal Academy of Engineering sur les technologies émergentes et professeur de bioélectronique à l'université d'Oxford, déclare : « À court terme, nous souhaitons adapter les systèmes implantables pour caractériser pleinement les piles à combustible dans des conditions réelles, mais nous sommes encore plus enthousiasmés par la manière dont nous pourrions éventuellement appliquer cette approche aux dispositifs chroniques et réduire le fardeau de la gestion de l'énergie pour les patients et le système de santé. »
Le professeur Patrick Degenaar, professeur de neuroprothèses à l'université de Newcastle et co-chercheur de GLUTRONICS, ajoute : « Un défi fascinant sera de concevoir une architecture durable et réalisable qui garantit la production d'énergie pratique requise par les dispositifs implantables. »
La bioélectronique façonne l’avenir de la médecine, permettant des thérapies personnalisées, précises et proactives. Cette innovation stimule la demande de nouveaux systèmes d'alimentation spécialement conçus pour les dispositifs médicaux, qui sont fiables et efficaces lorsqu'ils fonctionnent sur des personnes, sont durables et peuvent répondre aux exigences de sécurité strictes fixées par les régulateurs du monde entier. GLUTRONICS cherche à répondre à ce besoin critique.
Financé par UK Research & Innovation par l’intermédiaire du Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), le projet a reçu un soutien de 2,1 millions de livres sterling et se poursuivra jusqu’en mai 2028.
Le projet rassemble une équipe multidisciplinaire possédant une expertise en science des matériaux, électrocatalyse, technologie des piles à combustible, modélisation mathématique, électronique implantable et traduction clinique, et comprend le collaborateur industriel Amber Therapeutics.
La recherche sera validée par des essais in vitro et in vivo. Ces essais simuleront l’alimentation d’un appareil cardiaque avec une demande énergétique supérieure à 1 µW, démontrant ainsi le potentiel clinique de la technologie.
Les recherches du professeur Mirella Di Lorenzo portent sur l'exploitation de l'énergie provenant de sources naturelles et sous-utilisées, notamment le sol et les eaux usées. En plus d'être professeur au département de génie chimique de Bath et codirectrice de CBio, elle est membre de l'Institut pour l'humain augmenté et de l'Institut pour la durabilité et le changement climatique.
Elle est également fondatrice et directrice scientifique de Bactery, une entreprise dérivée de Bath qui crée des dispositifs permettant de récolter l'énergie du sol avec des bactéries naturellement présentes dans le sol.
