Produire de l'énergie avec le sucre du sang
Associé à des cellules bêta artificielles libérant de l'insuline, ce système est capable de réguler de manière autonome le taux de sucre dans le sang.
Une pile à combustible sous la peau qui convertit le sucre du sang en énergie électrique, cela ressemble à de la science-fiction. Pourtant, elle fonctionne parfaitement, comme l'a démontré une équipe de recherche de l'ETH Zurich dirigée par Martin Fussenegger, professeur de biotechnologie et de bio-ingénierie.
Le prototype de pile à combustible est enveloppé dans un tissu polaire et est légèrement plus grand que l'ongle d'un pouce.
Fussenegger Lab, ETH Zürich
Dans le cas du diabète de type 1, le corps ne produit pas d'insuline. Cela signifie que les patients doivent se procurer l'hormone à l'extérieur pour réguler leur taux de sucre dans le sang. De nos jours, cela se fait principalement au moyen de pompes à insuline directement fixées sur le corps. Ces dispositifs, ainsi que d'autres applications médicales telles que les stimulateurs cardiaques, nécessitent une alimentation en énergie fiable qui, à l'heure actuelle, est principalement assurée par des piles à usage unique ou rechargeables.
Une équipe de chercheurs dirigée par Martin Fussenegger, du département de science et d'ingénierie des biosystèmes de l'ETH Zurich à Bâle, a mis en pratique une idée apparemment futuriste. Ils ont mis au point une pile à combustible implantable qui utilise l'excès de sucre dans le sang (glucose) des tissus pour produire de l'énergie électrique. Les chercheurs ont combiné la pile à combustible avec des cellules bêta artificielles développées par leur groupe il y a plusieurs années. Celles-ci produisent de l'insuline sur simple pression d'un bouton et réduisent efficacement la glycémie, tout comme leurs modèles naturels dans le pancréas.
"De nombreuses personnes, en particulier dans les pays occidentaux industrialisés, consomment plus d'hydrates de carbone qu'elles n'en ont besoin dans la vie de tous les jours", explique M. Fussenegger. Cela conduit à l'obésité, au diabète et aux maladies cardiovasculaires. "Cela nous a donné l'idée d'utiliser cet excès d'énergie métabolique pour produire de l'électricité afin d'alimenter des appareils biomédicaux", ajoute-t-il.
Une pile à combustible en forme de sachet de thé
Au cœur de la pile à combustible se trouve une anode (électrode) composée de nanoparticules de cuivre, que l'équipe de M. Fussenegger a créée spécifiquement pour cette application. Elle se compose de nanoparticules à base de cuivre et sépare le glucose en acide gluconique et en proton pour produire de l'électricité, ce qui met en mouvement un circuit électrique.
Enveloppée dans un tissu non tissé et recouverte d'alginate, un produit à base d'algues approuvé pour un usage médical, la pile à combustible ressemble à un petit sachet de thé qui peut être implanté sous la peau. L'alginate absorbe les fluides corporels et permet au glucose de passer du tissu à la pile à combustible qui s'y trouve.
Un réseau de diabète doté de sa propre alimentation électrique
Dans un deuxième temps, les chercheurs ont couplé la pile à combustible à une capsule contenant des cellules bêta artificielles. Celles-ci peuvent être stimulées pour produire et sécréter de l'insuline à l'aide d'un courant électrique ou d'une lumière LED bleue. Fussenegger et ses collègues ont déjà testé de telles cellules artificielles il y a quelque temps.
Le système combine une production d'énergie soutenue et une administration contrôlée d'insuline. Dès que la pile à combustible enregistre un excès de glucose, elle commence à produire de l'électricité. Cette énergie électrique est ensuite utilisée pour stimuler les cellules afin qu'elles produisent et libèrent de l'insuline dans le sang. En conséquence, la glycémie chute à un niveau normal. Lorsqu'elle descend en dessous d'un certain seuil, la production d'électricité et d'insuline s'arrête.
L'énergie électrique fournie par la pile à combustible est suffisante non seulement pour stimuler les cellules du concepteur, mais aussi pour permettre au système implanté de communiquer avec des dispositifs externes tels qu'un smartphone. Les utilisateurs potentiels peuvent ainsi régler le système au moyen d'une application correspondante. Un médecin pourrait également y accéder à distance et procéder à des ajustements. "Le nouveau système régule de manière autonome les niveaux d'insuline et de glucose dans le sang et pourrait être utilisé pour traiter le diabète à l'avenir", précise M. Fussenegger.
Un chemin long et incertain vers la maturité commerciale
Le système existant n'est qu'un prototype. Bien que les chercheurs l'aient testé avec succès sur des souris, ils ne sont pas en mesure d'en faire un produit commercialisable. "La mise sur le marché d'un tel dispositif dépasse largement nos ressources financières et humaines", explique M. Fussenegger. Il faudrait pour cela un partenaire industriel disposant des ressources et du savoir-faire nécessaires.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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