Une pile fabriquée à partir d'une substance comestible semblable à du papier de riz et pouvant servir à alimenter des dispositifs médicaux électroniques déployés dans le tube digestif a été créée par des ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Deux versions différentes de la pile ont été développées selon les applications : un disque de 7,5 millimètres de diamètre et une barre rectangulaire de 24 millimètres de long.

Pour le moment, ces toutes petites sources d'énergie n'ont été testées que sur des porcs, mais le chercheur Giovanni Traverso et ses collègues espèrent procéder à des essais cliniques sur des humains dans les prochaines années.

Une fois la pile digérée en toute sécurité, ses composants décomposés peuvent être absorbés par l'organisme.

Photo : MIT

Dans la dernière décennie, le laboratoire de Giovanni Traverso a mis au point quelques dispositifs ingérables qui permettent, par exemple, de surveiller les signes vitaux, d'administrer des médicaments ou de détecter des surdoses d'opioïdes.

Mais ces dispositifs ont besoin d’énergie pour fonctionner.

Dans ses travaux publiés dans la revue Nature Chemical Engineering (nouvelle fenêtre) (en anglais), l’équipe américaine explique que sa petite pile biodégradable a pu générer 1,84 volt pour alimenter deux types de dispositifs :

• des puces qui peuvent transmettre des données depuis le tube digestif;
• des capsules produisant un faible courant électrique afin de stimuler la sécrétion de la ghréline, une hormone associée à la faim.

La pile peut aussi appuyer d'autres dispositifs ingérables à des fins de diagnostic ou de traitement thérapeutique.

Le professeur Dominic Rochefort, du Département de chimie de l’Université de Montréal, qui n’a pas participé aux travaux, explique que la nouvelle pile destinée à être ingérée est bien différente des modèles développés auparavant, qui étaient plutôt conçus pour être très résistants et expulsés par le corps.

Un duo facile à digérer

Giovanni Traverso rappelle que les piles conventionnelles peuvent être dangereuses. Si un dispositif médical ingéré se rompt et que la pile fuit, cela peut provoquer des brûlures chimiques. Une pile peut également libérer des substances toxiques lors de son passage dans le système digestif, explique-t-il par voie de communiqué.

C’est donc pour réduire les accidents associés à la présence de métaux toxiques que le laboratoire de M. Traverso a conçu sa pile entièrement composée de matériaux non toxiques qui peuvent être absorbés par l'organisme.

Pour concevoir les électrodes de leur pile, les chercheurs ont choisi le magnésium et le trioxyde de molybdène, des éléments naturellement présents dans l'organisme. Ce choix répond à des exigences de performance minimale pour produire de l'électricité capable d’alimenter des composants électroniques, note le professeur Rochefort.

L'objectif des chercheurs du MIT est de créer une pile suffisamment performante pour alimenter à la fois des capteurs médicaux et des transmetteurs pour relayer l’information vers l'extérieur, ajoute Dominic Rochefort.

Le magnésium est utilisé pour fabriquer l'anode (électrode négative) de la pile et le trioxyde de molybdène, pour la cathode (électrode positive). La pile contient également un électrolyte sous forme de gel liquide ionique, et l'ensemble du système se dégrade pour être progressivement assimilé ou éliminé par l'organisme.

De premiers tests concluants

Dans un premier temps, les piles ont été exposées à une solution très acide, semblable au jus gastrique présent dans l’estomac. Les piles ont bien fonctionné pendant environ trois jours, puis leurs performances ont peu à peu décliné. En l'espace de quelques semaines, elles s'étaient complètement dégradées dans cette solution.

Les chercheurs ont ensuite intégré la pile rectangulaire dans un dispositif dégradable qu’ils avaient présenté dans une étude publiée en 2023. Ce dispositif est conçu pour délivrer un faible courant électrique à la muqueuse de l'estomac.

À l’époque, ces travaux avaient montré que cette stimulation électrique incitait les cellules endocrines de l'estomac à produire de la ghréline. La stimulation de la sécrétion de ghréline peut s'avérer utile pour traiter des maladies associées à des nausées ou à une perte d'appétit.

Dans le cadre des présents travaux, les chercheurs ont montré que leur pile était assez puissante pour générer une stimulation électrique continue pendant trois jours. Des essais sur les porcs ont montré que 20 minutes de stimulation au niveau de l'estomac peuvent augmenter les taux de ghréline d’environ 50 %.

Les chercheurs ont ensuite intégré leur pile (celle en forme de disque) dans un dispositif conçu pour aider les patients à respecter leur programme de médication. Cette capsule a pu transmettre sa position depuis l'intérieur du tube intestinal grâce à une puce biorésorbable faite de molybdène et de cellulose.