Des scientifiques créent un tatouage

Apr 23, 2023

"Le capteur d'oxygène est une preuve de concept pour une gamme de capteurs que nous pourrions créer", a déclaré David Kaplan. Illustration : Shutterstock

Le matériau à base de soie sous la peau change de couleur en réponse à l'oxygène et pourrait à l'avenir être adapté pour suivre le glucose et d'autres composants sanguins

Les gens se font tatouer pour commémorer un événement ou une personne, pour faire une déclaration ou simplement comme embellissement esthétique. Mais imaginez un tatouage qui pourrait être fonctionnel - vous indiquant la quantité d'oxygène que vous utilisez lorsque vous faites de l'exercice, mesurant votre glycémie à tout moment de la journée, ou surveillant un certain nombre de composants sanguins différents ou l'exposition à des toxines environnementales.

Aujourd'hui, les ingénieurs de l'Université Tufts ont franchi une étape importante pour y parvenir avec l'invention d'un matériau à base de soie placé sous la peau qui brille plus ou moins sous une lampe lorsqu'il est exposé à différents niveaux d'oxygène dans le sang. Ils ont rapporté leurs découvertes dans la revue Advanced Functional Materials.

Le nouveau capteur, qui se limite actuellement à la lecture des niveaux d'oxygène, est composé d'un gel formé à partir des composants protéiques de la soie, appelé fibroïne. Les protéines de fibroïne de soie ont des propriétés uniques qui les rendent particulièrement compatibles en tant que matériau implantable.

Lorsqu'ils sont réassemblés en gel ou en film, ils peuvent être ajustés pour créer une structure qui dure sous la peau de quelques semaines à plus d'un an. Lorsque la soie se décompose, elle est compatible avec le corps et peu susceptible d'invoquer une réponse immunitaire.

Le petit disque d'un capteur d'oxygène à film de soie devient violet lorsqu'il est exposé à la lumière UV et à l'oxygène. Un détecteur peut déterminer le niveau d'oxygène par la luminosité et la durée de la lueur violette. Côté droit : comparaison côte à côte du matériau du capteur de soie normal et exposé aux UV. Image : Thomas Falcucci/Université Tufts

Les substances présentes dans le sang telles que le glucose, le lactate, les électrolytes et l'oxygène dissous offrent une fenêtre sur la santé et les performances du corps. Dans les établissements de soins de santé, ils sont suivis en prélevant du sang ou en attachant des patients à des machines encombrantes. Être capable de surveiller en permanence leurs niveaux de manière non invasive dans n'importe quel environnement pourrait être un énorme avantage lors du suivi de certaines conditions.

Les diabétiques, par exemple, doivent prélever du sang pour lire le glucose, souvent quotidiennement, pour décider quoi manger ou quand prendre des médicaments. En revanche, la vision tracée par l'équipe Tufts est de rendre la surveillance beaucoup plus facile, littéralement en mettant en lumière l'état d'une personne.

"La soie offre une confluence remarquable de nombreuses propriétés intéressantes", a déclaré David Kaplan, professeur d'ingénierie de la famille Stern à la School of Engineering et chercheur principal de l'étude. "Nous pouvons le transformer en films, éponges, gels et plus encore. Non seulement il est biocompatible, mais il peut contenir des additifs sans changer leur chimie, et ces additifs peuvent avoir des capacités de détection qui détectent les molécules dans leur environnement. Le capteur d'oxygène est une preuve de concept pour une gamme de capteurs que nous pourrions créer."

La chimie des protéines de soie leur permet de capter et de retenir plus facilement les additifs sans modifier leurs propriétés. Pour créer le capteur d'oxygène, les chercheurs ont utilisé un additif appelé PdBMAP, qui brille lorsqu'il est exposé à la lumière d'une certaine longueur d'onde. Cette lueur a une intensité et une durée proportionnelles au niveau d'oxygène dans l'environnement.

Le gel de soie est perméable aux fluides qui l'entourent, de sorte que le PdBMAP "voit" les mêmes niveaux d'oxygène dans le sang environnant. Le PdBMAP est également utile car il brille ou phosphorescent lorsqu'il est exposé à la lumière qui peut pénétrer la peau. D'autres capteurs candidats peuvent ne répondre qu'aux longueurs d'onde de la lumière qui ne peuvent pas pénétrer la peau.

Les chercheurs s'appuient davantage sur la composante "durée" de la phosphorescence pour quantifier les niveaux d'oxygène, car l'intensité de la lueur peut varier en fonction de la profondeur et de la taille de l'implant, de la couleur de la peau et d'autres facteurs. La durée de la lueur diminue à mesure que les niveaux d'oxygène augmentent.

Lors d'expériences, le capteur implanté a détecté en temps réel les niveaux d'oxygène dans des modèles animaux et a suivi avec précision les niveaux d'oxygène élevés, bas et normaux. L'importance de pouvoir suivre les niveaux d'oxygène chez les patients a pris de l'importance dans la sensibilisation du public avec la pandémie de COVID-19, au cours de laquelle les patients ont dû être hospitalisés lorsque leur niveau d'oxygène est devenu extrêmement bas.

"Nous pouvons envisager de nombreux scénarios dans lesquels un capteur de type tatouage sous la peau peut être utile", a déclaré Thomas Falcucci, un étudiant diplômé du laboratoire de Kaplan qui a développé le capteur de tatouage. "C'est généralement dans des situations où une personne atteinte d'une maladie chronique doit être surveillée pendant une longue période en dehors d'un cadre clinique traditionnel. Nous pourrions potentiellement suivre plusieurs composants sanguins à l'aide d'un réseau de capteurs sous la peau."

Les capteurs de type tatouage sont les derniers d'un portefeuille croissant de produits médicaux potentiels dérivés de la protéine de soie dans le laboratoire de Kaplan, des implants orthopédiques aux échafaudages pour créer de nouveaux tissus dans le cœur et les os.

Mike Silver peut être contacté à [email protected].