Si elle s’avère efficace et sûre pour une utilisation chez l’homme, la plateforme pourrait simplifier et réduire les risques associés au diagnostic et au traitement des maladies dans les recoins profonds et délicats du cerveau.

Cela pourrait aider les chirurgiens à voir plus profondément dans le cerveau pour diagnostiquer la maladie, administrer plus précisément des traitements comme les médicaments et l’ablation au laser aux tumeurs, et mieux déployer les électrodes pour la stimulation cérébrale profonde dans des conditions telles que la maladie de Parkinson et l’épilepsie.

L’auteur principal, le professeur Ferdinando Rodriguez y Baena, du département de génie mécanique de l’Impériale, a dirigé l’effort européen et a déclaré : « Le cerveau est un réseau fragile et complexe de cellules nerveuses étroitement emballées qui ont chacune leur rôle à jouer. Lorsque la maladie survient, nous voulons pour pouvoir naviguer dans cet environnement délicat pour cibler précisément ces zones sans nuire aux cellules saines.

« Notre nouvelle plateforme précise et peu invasive améliore la technologie actuellement disponible et pourrait améliorer notre capacité à diagnostiquer et à traiter en toute sécurité et efficacement les maladies chez les personnes, si elle s’avère sûre et efficace. »

Développés dans le cadre du projet Enhanced Delivery Ecosystem for Neurosurgery in 2020 (EDEN2020), les résultats sont publiés dans PLOS ONE.

Chirurgie furtive

La plate-forme améliore la chirurgie mini-invasive ou «trou de serrure» existante, où les chirurgiens déploient de minuscules caméras et cathéters à travers de petites incisions dans le corps.

Il comprend un cathéter souple et flexible pour éviter d’endommager le tissu cérébral lors de l’administration du traitement, et un bras robotisé doté d’une intelligence artificielle (IA) pour aider les chirurgiens à naviguer dans le cathéter à travers le tissu cérébral.

Inspiré des organes utilisés par les guêpes parasites pour pondre furtivement des œufs dans l’écorce des arbres, le cathéter se compose de quatre segments imbriqués qui glissent les uns sur les autres pour permettre une navigation flexible.

Il se connecte à une plate-forme robotique qui combine l’entrée humaine et l’apprentissage automatique pour diriger avec précaution le cathéter vers le site de la maladie. Les chirurgiens délivrent ensuite des fibres optiques via le cathéter afin qu’ils puissent voir et naviguer dans la pointe le long du tissu cérébral via la commande par joystick.

La plate-forme d’IA apprend de l’entrée du chirurgien et des forces de contact dans les tissus cérébraux pour guider le cathéter avec une précision extrême.

Par rapport aux techniques chirurgicales « ouvertes » traditionnelles, la nouvelle approche pourrait éventuellement aider à réduire les lésions tissulaires pendant la chirurgie et à améliorer les temps de récupération des patients et la durée des séjours postopératoires à l’hôpital.

Lors de la chirurgie mini-invasive du cerveau, les chirurgiens utilisent des cathéters pénétrant profondément pour diagnostiquer et traiter la maladie. Cependant, les cathéters actuellement utilisés sont rigides et difficiles à placer avec précision sans l’aide d’outils de navigation robotisés. La rigidité des cathéters combinée à la structure complexe et délicate du cerveau signifie que les cathéters peuvent être difficiles à placer avec précision, ce qui présente des risques pour ce type de chirurgie.

Pour tester leur plateforme, les chercheurs ont déployé le cathéter dans le cerveau de deux moutons vivants sur le campus de médecine vétérinaire de l’Université de Milan. Les moutons ont reçu un soulagement de la douleur et ont été surveillés 24 heures sur 24 pendant une semaine pour détecter des signes de douleur ou de détresse avant d’être euthanasiés afin que les chercheurs puissent examiner l’impact structurel du cathéter sur le tissu cérébral.

Ils n’ont trouvé aucun signe de souffrance, de lésion tissulaire ou d’infection après l’implantation du cathéter.

L’auteur principal, le Dr Riccardo Secoli, également du département de génie mécanique de l’Impériale, a déclaré : « Notre analyse a montré que nous avons implanté ces nouveaux cathéters en toute sécurité, sans dommage, infection ou souffrance. Si nous obtenons des résultats aussi prometteurs chez l’homme, nous espérons que nous pourrons être capable de voir cette plate-forme dans la clinique d’ici quatre ans.

« Nos découvertes pourraient avoir des implications majeures pour la chirurgie cérébrale mini-invasive et robotisée. Nous espérons qu’elle contribuera à améliorer la sécurité et l’efficacité des procédures neurochirurgicales actuelles lorsqu’un déploiement précis de systèmes de traitement et de diagnostic est nécessaire, par exemple dans le contexte d’un gène localisé. thérapie. »

Le professeur Lorenzo Bello, co-auteur de l’étude de l’Université de Milan, a déclaré: « L’une des principales limites du SIG actuel est que si vous souhaitez accéder à un site profond à travers un trou de trépan dans le crâne, vous êtes contraint de une trajectoire en ligne droite. La limitation du cathéter rigide est sa précision dans les tissus en mouvement du cerveau et la déformation tissulaire qu’il peut provoquer. Nous avons maintenant découvert que notre cathéter orientable peut surmonter la plupart de ces limitations.

Cette étude a été financée par le programme européen Horizon 2020.