Guérison avec des hydrogels | Nouvelles du MIT

En novembre, le candidat au doctorat en génie mécanique Hyunwoo Yuk a remporté le premier prix au Concours des inventeurs collégiaux organisé par le Temple de la renommée de l’inventeur national. Yuk a été nommé lauréat diplômé pour son invention SanaHeal, une bande bioadhésive qui peut facilement se lier aux tissus ou aux organes. Le ruban pourrait un jour être utilisé à la place des sutures pour favoriser la guérison et minimiser les complications après la chirurgie.

Yuk a accepté le prix quelques semaines avant de défendre avec succès sa thèse de doctorat en décembre dernier. Ces réalisations ont marqué le point culminant d’un voyage personnel qui a ses racines dans la tragédie familiale.

Alors qu’il terminait son baccalauréat, Yuk a reçu un appel indiquant que son frère était impliqué dans un horrible accident. Il a subi de multiples blessures traumatiques et a nécessité des soins intensifs. Yuk a passé les deux années suivantes aux côtés de son frère alors qu’il était introduit et sorti des salles d’opération et des unités de soins intensifs.

«J’ai 10 ans de plus que mon petit frère, donc je le considère comme un fils. Voir ce qu’il a enduré était une douleur pure », dit Yuk.

Les années passées avec son frère à l’hôpital ont donné à Yuk un aperçu des problèmes et des limites des technologies médicales. Il a commencé à aborder ces problèmes du point de vue d’un ingénieur.

«Je pense que les problèmes personnels sont les meilleurs problèmes à résoudre pour les ingénieurs», ajoute Yuk. «S’il y a une chance que je puisse faire quelque chose de significatif en tant qu’inventeur pour résoudre les problèmes auxquels mon frère a été confronté, il n’y a pas de meilleure motivation.

Travailler avec des matériaux souples

Avant l’accident de son frère, Yuk se concentrait principalement sur la robotique bioinspirée pendant ses études de premier cycle à l’Institut coréen des sciences et de la technologie (KAIST). Alors qu’il servait dans l’armée coréenne, Yuk était en poste dans une école locale pour aider les enfants ayant des besoins spéciaux. Travailler avec des enfants aux capacités motrices limitées a inspiré Yuk à postuler au MIT pour ses études supérieures afin de construire des robots à utiliser en rééducation.

Peu de temps après avoir été accepté dans le programme d’études supérieures en génie mécanique du MIT, Yuk a reçu un courriel d’un nouveau membre du corps professoral, Xuanhe Zhao, maintenant professeur de génie mécanique et George N. Hatsopoulos (1949), boursier de la faculté. Expert dans le domaine des matériaux souples, Zhao recherchait un étudiant diplômé pour prendre la tête de la compréhension et de la conception des matériaux souples, en particulier les hydrogels.

En dépit d’être un nouveau venu complet dans le monde des matériaux souples, Yuk a rapidement trouvé l’excitation des propriétés intéressantes des matériaux souples et de leur potentiel unique à relier les machines et appareils artificiels au corps humain. Grâce à leurs recherches sur la manière dont les humains et les machines interagissent, Zhao et Yuk ont ​​commencé à explorer les propriétés adhésives des hydrogels.

«L’adhésion de matériaux souples, en particulier les hydrogels, a fortement attiré nos intérêts de recherche, car l’adhérence de pointe des hydrogels était assez faible et conduisait souvent à des échecs», explique Zhao. «En 2015, nous avons proposé la première stratégie générale visant à obtenir une adhérence solide pour divers hydrogels et autres matériaux.»

Comme les humains, les hydrogels sont fabriqués à partir de polymères et d’eau. Les similitudes de propriétés mécaniques et électriques rendent compatibles les tissus biologiques et les hydrogels, ouvrant ainsi un monde d’applications biomédicales. Désormais, Zhao et Yuk pourraient intégrer davantage les hydrogels dans divers matériaux, appareils et même le corps humain avec une robustesse sans précédent.

«Nous avons progressivement commencé à réaliser qu’un impact majeur des hydrogels et de l’adhésion des hydrogels réside dans la biomédecine, mais nous avions besoin de quelqu’un qui pourrait nous aider à mieux comprendre les demandes cliniques non satisfaites», explique Yuk.

Ce rôle a été rempli par Christoph Nabzdyk, médecin de soins intensifs, anesthésiologiste cardiothoracique et professeur adjoint à la clinique Mayo.

Comprendre les besoins cliniques

En 2017, l’équipe de recherche a été approchée par Nabzdyk, qui était à l’époque chercheur en médecine de soins intensifs et en anesthésiologie cardiothoracique au Massachusetts General Hospital et à l’Université Harvard. Nabzdyk avait une expérience de recherche dans la cicatrisation des plaies et les nouveaux biomatériaux. Après avoir vu Zhao présent à une conférence, Nabzdyk a vu une opportunité d’appliquer les travaux de Zhao et Yuk sur les hydrogels bioadhésifs à la guérison des tissus et des organes.

«Malgré des décennies de recherche, les modes les plus courants de scellement des défauts tissulaires sont les sutures et les agrafes – des approches à la fois plutôt désuètes et traumatisantes de l’approximation tissulaire», explique Nabzdyk. «Le travail bioadhésif développé par Hyunwoo et Xuanhe a de larges implications pour divers scénarios de réparation de défauts d’organes, d’hémostase et d’électronique adhésive implantable.

En utilisant les connexions de Nabzdyk, Yuk a mené plus de 30 entretiens avec des chirurgiens. Ces entretiens avec des utilisateurs finaux ont rappelé à Yuk ses deux années passées à l’hôpital avec son frère.

«J’ai réalisé que tant de problèmes rencontrés par mon frère, comme des saignements incontrôlables et des dizaines de cicatrices, auraient pu être résolus avec ces matériaux d’hydrogel», ajoute Yuk.

L’équipe de recherche a commencé à explorer la mécanique de l’étanchéité des tissus humides. En collaboration avec Ellen Roche, professeure adjointe de génie mécanique, et Claudia Varela, étudiante diplômée, ils ont créé un patch bioadhésif qui peut sceller les organes en quelques secondes. Ce ruban adhésif double face pourrait remplacer les sutures, empêchant les fuites de sang et réduisant le risque d’infection, de douleur et de cicatrisation.

«Travailler sur cette recherche est personnellement très enrichissant. J’ai l’impression d’avoir trouvé mon objectif en tant qu’ingénieur », déclare Yuk.

Il admet que pour avoir un véritable impact, le ruban bioadhésif doit passer du laboratoire à la salle d’opération.

Focus sur l’impact social

Pour naviguer dans le territoire inexploré des réglementations, des normes et des investisseurs, Yuk, Zhao et Nabzdyk ont ​​formé une équipe, nommée SanaHeal, qui a sollicité des conseils et un financement de démarrage d’organisations telles que le MIT Deshpande Center for Technological Innovation et le MIT Venture Mentoring Service. Ces programmes ont aidé Yuk à perfectionner sa capacité à communiquer sur SanaHeal, un ensemble de compétences qui l’a aidé à remporter le prix d’études supérieures au Concours des inventeurs du collège.

En plus d’avoir remporté le Concours des inventeurs collégiaux, Yuk a reçu un certain nombre de distinctions, notamment avoir été nommé l’un des 30 moins de 30 ans de Forbes, recevoir le prix des étudiants diplômés d’or de la Materials Research Society et obtenir la première place aux prix de Florez du MIT. Selon ses collaborateurs, ces honneurs sont bien mérités.

«Poussé par le besoin réel d’améliorer la santé de son jeune frère, Hyunwoo a travaillé de longues heures au cours des six dernières années et demie – en co-déposant plus de 10 demandes de brevet, en menant ou en codirigeant plus de 15 articles, dont deux en La natureet motiver et prendre soin des autres membres de l’équipe. » Dit Zhao. «J’ai hâte de voir comment Hyunwoo et SanaHeal auront un impact sur sa famille, d’autres patients et le monde.»

«Hyunwoo se démarque même parmi ses pairs déjà brillants. Je n’ai travaillé avec personne qui, à un stade aussi précoce de sa carrière, avait une si longue liste de réalisations académiques et un niveau avancé de réflexion scientifique », ajoute Nabzdyk. «Malgré tout son travail acharné et son dynamisme, Hyunwoo lui-même est une personne douce et attentionnée, une âme douce et humble.»

Avec la fin de ses études de doctorat, Yuk cherche à étendre SanaHeal afin qu’il puisse avoir un impact réel en sauvant des vies ou en aidant ceux qui, comme son frère, ont subi des blessures traumatiques.

«On a l’impression que nous sommes prêts à avancer sur le vrai champ de bataille», dit-il. «Je suis passé de l’état d’esprit d’une recherche universitaire à quelqu’un qui est plus axé sur la traduction et concentré sur l’impact social que notre travail peut avoir.»