Des chercheurs du MIT créent un ventilateur robotique implantable

Par Brianna Wessling | 20 décembre 2022

Ellen Roche avec le ventilateur souple et implantable conçu par elle et son équipe. | Source : MIT, M. Scott Brauer

Des chercheurs du MIT ont conçu un ventilateur implantable robotique souple capable d'augmenter les contractions naturelles du diaphragme.

Le ventilateur implantable est constitué de deux tubes souples en forme de ballon qui seraient implantés pour reposer sur le diaphragme. Lorsqu'ils sont gonflés avec une pompe externe, les tubes agissent comme des muscles artificiels qui poussent le diaphragme vers le bas et aident les poumons à se dilater. Les tubes peuvent être gonflés pour correspondre au rythme naturel du diaphragme.

Le diaphragme se situe juste en dessous de la cage thoracique. Il pousse vers le bas pour créer un vide dans lequel les poumons peuvent se dilater afin qu'ils puissent aspirer l'air, puis se détend pour laisser sortir l'air.

Les tubes du ventilateur sont similaires aux actionneurs McKibben, une sorte de dispositif pneumatique. L'équipe a fixé les tubes à la cage thoracique de chaque côté du diaphragme, de sorte que le dispositif repose sur le muscle d'avant en arrière. À l’aide d’une fine ligne d’air externe, l’équipe a connecté les tubes à une petite pompe et à un système de contrôle.

Ce ventilateur souple a été conçu par Ellen Roche, professeure agrégée de génie mécanique et membre de l'Institut de génie médical et des sciences du MIT et ses collègues. L'équipe de recherche a créé une conception de validation de principe pour le ventilateur.

"Il s'agit d'une preuve de concept d'une nouvelle façon de ventiler", a déclaré Roche à MIT News. « La biomécanique de cette conception est plus proche de la respiration normale, par rapport aux ventilateurs qui poussent l'air dans les poumons, où vous avez un masque ou une trachéotomie. Il y a un long chemin à parcourir avant que cela soit implanté chez un humain. Mais c'est passionnant de pouvoir montrer que nous pouvons augmenter la ventilation avec quelque chose d'implantable.

Selon Roche, la clé pour maximiser la quantité de travail effectuée par la pompe implantable est de donner au diaphragme une poussée supplémentaire vers le bas lorsqu'il se contracte naturellement. Cela signifie que l’équipe n’a pas eu besoin d’essayer d’imiter exactement le mouvement du diaphragme, mais simplement de créer un dispositif capable de donner cette poussée.

Le ventilateur implantable est constitué de deux tubes posés sur le diaphragme. | Source : MIT

Roche et son équipe ont testé le système sur des porcs anesthésiés. Après avoir implanté le dispositif, ils ont surveillé les niveaux d’oxygène des porcs et utilisé l’imagerie par ultrasons pour observer le fonctionnement du diaphragme. De manière générale, l'équipe a constaté que le ventilateur augmentait la quantité d'air que les poumons des porcs pouvaient aspirer à chaque respiration. L'appareil fonctionnait mieux lorsque les contractions du diaphragme et des muscles artificiels travaillaient de manière synchronisée, permettant aux poumons des porcs d'introduire trois fois plus d'air qu'ils ne le pourraient sans assistance.

L'équipe espère que son dispositif pourrait aider les personnes souffrant de dysfonctionnements chroniques du diaphragme, qui peuvent être causés par la SLA, la dystrophie musculaire et d'autres maladies neuromusculaires, la paralysie et les lésions du nerf phrénique.

L'équipe de recherche comprenait Roche, ancienne étudiante diplômée du MIT Lucy Hu, Manisha Singh, Diego Quevedo Moreno, Jean Bonnemain de l'hôpital universitaire de Lausanne en Suisse et Mossab Saeed et Nikolay Vasilyev de l'hôpital pour enfants de Boston.