"BP en tant que nouveau dispositif pour la chirurgie et le traitement des cancers solides et des tumeurs du système hématopoïétique. Effets de l'implantation de BP" (DM159)

Le Buckypaper (BP) est un matériau innovant qui a attiré l'attention de nombreux groupes de recherche engagés dans l'étude de ses applications possibles dans divers domaines technologiques préalables à l'expérimentation humaine. En effet l'expérimentation, menée au préalable sur modèle animal, ne sera applicable à l'homme que si les résultats en termes de toxicité et de durabilité seront confortables.

Les propriétés intéressantes des matériaux, telles qu'une bonne résistance mécanique, une conductivité électrique, une faible densité, une porosité adaptable, sont étroitement associées aux caractéristiques intrinsèques des nanotubes de carbone (NTC), dont est constitué le BP. Le fort développement de surface des NTC, en plus de favoriser leur agrégation, permet la préparation de membranes micro- et nano-poreuses qui excluent le passage des particules colloïdales de diamètre supérieur à 50 nm. La structure microporeuse, confère également au BP une grande capacité d'absorption des liquides, tels que l'eau, pour lesquels l'effet de capillarité, pénètre rapidement dans le matériau maillé. Cela pourrait être une interprétation possible de l'adhésion rapide et efficace du PB aux tissus biologiques observée dans nos études sur les effets du matériau implanté in vivo. La bioadhésion de BP a été documentée dans des expériences ex vivo de peeling mécanique (chirurgie sur paillasse), menées au préalable en utilisant comme substrat, des cobayes, des rats, le fascia des muscles abdominaux de lapins. Les résultats ont montré que la force nécessaire à l'affichage des BP à partir d'un support organique est bien supérieure à celle nécessaire pour les prothèses classiques constituées de réseaux polymères, couramment utilisés en chirurgie des hernies fixées avec de la colle et du matériau prothétique bioadhésif synthétique actuellement commercialisé. Sur la base de ces évaluations et sur la base du potentiel offert par l'utilisation de BP dans le domaine de la chirurgie prothétique, déductible par les caractéristiques intrinsèques du matériau dans ce projet, il est prévu d'approfondir les recherches pour le développement d'une nouvelle génération de matériaux prothétiques à utiliser BP à base chirurgicale, facilement implantable par le chirurgien sans avoir besoin de sutures, de graphes et/ou de colles biologiques. Les raisons sont :

1. points de suture : ils pourraient resserrer les nœuds vasculaires (ischémie-atrophie) ou nerveux (douleurs chroniques) ;
2. graphiques : placer aveugle et peut provoquer des saignements ou des douleurs ;
3. colles biologiques : dérivées du plasma des donneurs et pouvant donc transmettre des maladies inconnues.

On ne sait toujours pas si le BP a les propriétés mécaniques appropriées pour résister aux contraintes qui se produisent sur la paroi abdominale et dans tous les cas est documentée la bonne bio-adhésion sur les tissus vivants et les préparations anatomiques, mais seulement si elle est rendue humide.

Pour cette raison, il a été décidé de préparer des matériaux composites BP/polypropylène. De tels matériaux, définis comme « couplés », seront obtenus en faisant adhérer sur la face lisse du BP, un support polymérique qui confère au film hybride, la bonne résistance mécanique. Un tel système peut faire l'objet de modifications ultérieures. En effet, en exploitant les groupements fonctionnels présents ou introduits dans la structure cristalline des MWCNT et/ou sur le polymère, il sera possible d'implanter sur la surface muscle/fascia musculaire, le matériau composite, pour obtenir une préhension. Par ailleurs, des molécules biologiquement actives, aux fonctions antimicrobiennes, anti-adhésives, anti-inflammatoires ou antalgiques, peuvent être introduites dans la structure cristalline des MWCNT, pour moduler la réponse inflammatoire et l'incorporation du matériel implanté dans la cicatrice fibreuse.

L'objectif de ce projet est d'obtenir des résultats pouvant orienter la recherche de la réalisation ultime d'un dispositif prothétique utilisable en chirurgie abdominale applicable à l'homme.

Notre groupe de recherche propose que le programme de recherche actuel ait toutes les compétences pour atteindre tous les objectifs .

Il rassemble des chercheurs ayant une expertise et une expérience éprouvées dans divers domaines de la chirurgie générale et de la chirurgie prothétique de la paroi abdominale et un scientifique expérimenté de la science des matériaux, en particulier de nature polymérique, également pour des utilisations biomédicales, de la chimie organique et de la synthèse de bio-conjugués pour le développement de systèmes à libération lente de médicaments, caractérisation de systèmes biologiques par des techniques de résonance magnétique nucléaire (RMN). Le chirurgien de l'unité de recherche, en effet, s'est engagé depuis de nombreuses années à la fois dans la résolution de problèmes liés aux techniques chirurgicales, à la fois dans l'évaluation des effets sur l'organisme vivant des matériaux prothétiques conventionnels et innovants, dans le projet proposé , y compris par des tests in vivo, réalisés selon un protocole spécialement élaboré et approuvé par le ministère de la santé.

Le protocole a été rédigé dans le respect des politiques environnementales et des principes éthiques de l'expérimentation sur modèle animal, conformément aux directives de l'Union européenne (86/609/CEE-Communauté économique européenne) et à la loi italienne n° 116/ 92.

Seront menées des expériences systématiques sur 30 lapines néo-zélandaises (R1-R30), pesant environ 3000 g (Harlan Laboratories). Les investigations "in vivo" porteront sur la biocompatibilité et l'adhésion du BP dans la cicatrice abdominale et dans la réalisation de l'intervention d'éventration et de chirurgie plastique de l'hernie inguinale.

La biocompatibilité du BP sera étudiée au moyen de tests de chimie sanguine. Des échantillons de sang de 3 ml de sang total seront administrés à chaque animal après l'induction de l'anesthésie générale, à partir de la veine de l'oreille, avant la chirurgie avec implant prothétique et avant l'euthanasie, comme indiqué dans le calendrier.

Méthodologie et technique de l'expérience :

Ces expériences sont préliminaires à l'utilisation humaine et seront réalisées sous anesthésie générale avec intubation endotrachéale, puis épilation, désinfection et préparation du champ opératoire. Une incision médiane d'environ 10 cm nombril-pubis sera pratiquée, évasant la peau et les couches sous-cutanées, puis sera incisée le plan des fascias, et les muscles profonds pour pénétrer dans le sac péritoine. L'exécution du prélèvement sanguin coïncide avec la détection du poids corporel et l'exécution de l'échographie de la région abdominale pour l'étude du site de l'implant à la recherche de signes de septicémie et d'éventration.

Nous implanterons ce genre de nouveaux matériaux sur l'homme mais avant cela nous essaierons d'étudier la tolérance et la toxicité sur un modèle animal ainsi dessiné : dix lapins (ci-après définis comme BPR1-BPR10) (Buckypaper Rabbit sujet 1 à 10) recevront 2 échantillons de 2 cm2 de BP (Buckypaper) et dix lapins recevront 2 échantillons de 2 cm2 de PR (polypropylène) (PRR11-PRR20) dans une poche créée entre le fascia musculaire et les gros muscles de la paroi abdominale. Chez cinq lapins (BPR21-BPR25), l'incision chirurgicale sera réalisée sur la linea alba abdominale et pratiquée profondément, pour pénétrer dans la cavité abdominale. Le groupe témoin (R26-R30) ne subira pas de chirurgie.

Un échantillon BP de 2x2cm2 sera ensuite inséré avec la face rugueuse face à la surface du péritoine pariétal et la face lisse et brillante face au péritoine viscéral (BPR21-BPR25). Cinq lapins (R26-R30) ne seront pas opérés mais serviront de groupe témoin. Les animaux seront surveillés et contrôlés quotidiennement, pendant toute la période d'étude, afin d'évaluer en permanence leur état de santé et leur poids corporel. Au 35e jour sera prélevé un échantillon de sang pour examen. Enfin les animaux seront sacrifiés sous anesthésie générale.

Les cas BPR1-BPR10 (groupe A) seront comparés avec les PRR11-PRR20 (groupe contrôle B) comparant les effets d'implants de BP et de même taille chez Parietene déjà en usage en chirurgie reconstructive de l'homme sain. Après l'intervention, qui durera environ 60 minutes à partir du moment de l'induction, l'animal sera lentement réveillé puis ramené dans la chambre d'hébergement.

Au moment du sacrifice seront préparés des échantillons anatomiques de tous les viscères et du site d'implantation, à étudier histologiquement. Des échantillons histopathologiques pour examen microscopique seront préparés. Des portions de BP implantées dans BPR 1-BPR 10 seront excisées avec tous les fascias, tissus dermiques et musculaires environnants. Les mêmes procédures seront effectuées, également dans le groupe PRR 11-PRR 20 et le groupe BPR 21-BPR 25. Les échantillons seront fixés dans du formol tamponné à 10 %, coupés et colorés avec de l'hématoxyline et de l'éosine (H&E) pour observation histologique.

La douleur post-opératoire, comme chez l'humain, elle sera légère, et sera traitée avec des antalgiques selon des techniques standardisées chez l'humain. Dans notre expérience, les animaux soumis à une chirurgie prothétique, à la fois le groupe expérimental et le groupe témoin, seront traités avec des antibiotiques prophylactiques et des analgésiques en post-opératoire immédiat, et seront étroitement surveillés.

Même si dans le modèle animal, la stérilité de toute la procédure chirurgicale prévient l'inflammation, l'œdème et la septicémie et les abcès et assure un faible niveau de douleur postopératoire. Les jours suivant l'intervention chirurgicale, on s'attend à un appétit modéré des animaux opérés et à de légers symptômes cliniques liés au post-opératoire.

Tous les animaux traités seront observés quotidiennement pour contrôler soigneusement la quantité de nourriture qui sera consommée et donc la perte potentielle d'appétit. Seront recherchés des signes d'éventuels processus inflammatoires et dégénératifs affectant la peau de la paroi abdominale, des symptômes d'infection ou de rejet de la prothèse. Si la perte de poids sera excessive (par exemple plus de 10 % du poids normal d'un animal de même race, de même âge et par rapport au groupe témoin), ou si l'animal présentera des symptômes cliniques de souffrance plus qu'un postopératoire normal , sera soumis à une anesthésie générale puis supprimé.

La thérapie antalgique et antibiotique réalisée dans la période postopératoire sera la suivante :

Antibiotique : enrofloxacine 2,5 mg/kg/jour I.M. pendant 5-7 jours ; et antalgique anti-inflammatoire : kétoprofène, Findol 10%, 0,3 ml/10kg/jour i.m. pendant 3-5 jours. Si nécessaire, il recevra également du tramadol, 2-4 mg/kg/jour dans les 2/3 premiers jours après l'intervention. La plaie chirurgicale sera contrôlée quotidiennement.

Les paramètres clinico-chimiques examinés à partir d'échantillons sanguins de 3 ml seront : BUN (Blood Urea Nitrogen), glycémie, créatinine, sodium, potassium, calcium, magnésium, albumine, protéinémie totale et taux de protéines sanguines, SGOT (Serum Glutamic Oxaloacetic Transaminase ), SGPT (sérum glutamique pyruvatetransaminase), GGT (gamma glutamyl transférase), ALP (phosphatase alcaline) et bilirubine fractionnée, PT (temps de prothrombine), APTT/PTT (temps de céphaline activé), fibrinogène, formule CBC (numération sanguine complète) , sous-populations lymphocytaires, protéine C-réactive, vitesse de sédimentation érythrocytaire.

Sera effectué un examen échographique pour évaluer morphologiquement l'incorporation de la prothèse, la formation de séromes, d'ecchymoses, d'abcès. Cette procédure sera effectuée sous sédation et suivie d'une vérification du poids corporel et du prélèvement d'un échantillon de sang. La même procédure sera répétée deux fois à l'intervention et après 35 jours au sacrifice.