Hémostase hépatique rapide par fibres de colle médicale électrofilées avec champ électrique renforcé

Résumé

Le dépôt précis de fibres électrofilées reste un défi majeur pour l'hémostase des organes. Nous présentons un système d'électrofilage modifié par champ électrique qui intègre un cône métallique à la buse, permettant un placement contrôlé des fibres. La zone de dépôt est ajustable en modifiant la taille du cône, un comportement confirmé par des simulations par éléments finis. Dans un modèle de résection hépatique chez le rat, nous avons déposé des fibres de N-octyl-2-cyanoacrylate (NOCA) directement sur la plaie, obtenant une hémostase complète en 10 secondes. L'histologie post-opératoire a montré une inflammation et des adhérences tissulaires nettement réduites par rapport à l'électrofilage assisté par flux d'air conventionnel. Ce dispositif portable, alimenté par batterie, démontre que l'électrofilage portable et prêt à l'emploi peut fournir une hémostase rapide et précise pour les scénarios d'urgence, cliniques et de soins à domicile.

Contexte

La résection hépatique est un traitement standard pour les tumeurs hépatiques malignes, mais les saignements massifs sont fréquents en raison de la vascularisation riche de l'organe. Les techniques hémostatiques conventionnelles — suture, ligature, électrocoagulation, et scellants au fibrine ou gélatine — présentent des limitations telles que l'application retardée, les dommages tissulaires, l'immunogénicité, la durée de conservation courte ou le coût élevé. L'électrofilage offre une approche de revêtement de surface à faible dose capable de s'adapter à la topographie irrégulière des plaies. Cependant, les dispositifs d'électrofilage existants sont encombrants, manquent de contrôle précis du dépôt et dépendent de l'électricité secteur, limitant leur utilisation en milieu isolé ou d'urgence. Notre récent design d'électrofilage assisté par flux d'air a réduit la zone de dépôt mais nécessitait une source d'alimentation externe pour la pompe à air. Nous avons donc cherché un système portable, modifié par champ électrique, qui permette un dépôt de fibres orienté et précis sans dépendre d'une alimentation externe au-delà d'une petite batterie.

Des conducteurs métalliques placés dans un champ électrostatique peuvent induire des charges de surface qui redistribuent le champ. En électrofilage, la trajectoire du jet chargé dépend du champ local ; ainsi, un cône métallique positionné stratégiquement peut focaliser le jet, réduire sa divergence et confiner la zone de dépôt. Nous avons sélectionné le NOCA — un adhésif cyanoacrylate cliniquement approuvé — comme matériau de filage car les nattes de fibres polymériques sont plus flexibles et nécessitent moins de volume qu'un film de colle épaisse conventionnel.

Dans cette étude, nous avons développé une technique d'électrofilage modifiée par champ électrique qui permet un dépôt contrôlé et précis de fibres NOCA sur un site de résection hépatique chez le rat, réalisant une hémostase rapide. La portabilité et la précision de la technique la rendent adaptée aux applications d'urgence, cliniques, sur le terrain et à domicile.

Méthodes

Matériaux

L'adhésif NOCA (N-octyl-2-cyanoacrylate avec additif PMMA) a été fourni par Guangzhou Baiyun Medical Adhesive Co., Ltd. L'hydrate de chloral (solution à 10 %) a été utilisé pour l'anesthésie des rats.

Expériences d'hémostase in vivo

Quarante rats mâles SD adultes (300–350 g) ont été randomisés en deux groupes (n = 20 chacun) : électrofilage assisté par flux d'air et électrofilage modifié par champ électrique. Après anesthésie et laparotomie médiane, une hépatectomie de 50 % du lobe gauche a été réalisée. Dans le groupe champ électrique, un cône métallique de 2,5 cm de côté et angle 60° était monté sur le filateur, avec une distance aiguille-collecteur de 10 cm et une tension de 10 kV. Le groupe flux d'air utilisait une sortie de 1,2 mm, un débit de 120 µl min⁻¹, 10 kV et 10 cm de distance. La procédure totale durait ~20 min par rat. Toutes les expériences respectaient les directives institutionnelles de soins aux animaux.

Tests sanguins et coupes histologiques

Le sang a été prélevé par ponction cardiaque aux jours post-opératoires 3 et 5 pour la numération des globules blancs et les tests de fonction hépatique. Au jour 7, les rats ont été euthanasiés, les foies excisés, fixés dans du formol neutre à 4 %, inclus dans la paraffine et colorés à l'hématoxyline-éosine (H&E).

Simulation de champ électrique

Une analyse par éléments finis a modélisé une alimentation 12 kV, une aiguille en cuivre, un cône en cuivre et un collecteur en aluminium dans l'air. La longueur de l'aiguille, le diamètre du cône et la distance au collecteur étaient fixés à 3 cm, 5 cm et 10 cm respectivement.

Caractérisation

L'imagerie MEB a été réalisée sur un Hitachi TM-1000. Les spectres FTIR ont été enregistrés avec un spectromètre Nicolet In10. Un microscope optique (Olympus BX51) a évalué les limites de dépôt, et un appareil photo Casio Exilim a capturé la procédure in vivo.

Résultats et Discussion

Électrofilage modifié par champ électrique pour un dépôt précis

Le dispositif portable (Fig. 1) utilise deux piles AAA sans mercure et un convertisseur haute tension, éliminant la dépendance à l'électricité secteur. Un cône métallique réglable remplace le module de flux d'air précédent, modifiant la distribution du champ sans puissance supplémentaire. La sécurité est assurée en maintenant un faible courant malgré la haute tension.

Le MEB a révélé des fibres NOCA continues de 1–3 µm de diamètre (Fig. 2a). Le FTIR a confirmé la polymérisation : pics à 714, 2761 et 1732 cm⁻¹ (–CH₂–, –C≡N, –C=O) et disparition de la bande à 3127 cm⁻¹ (=CH–). En variant le diamètre du cône, la zone de dépôt diminuait proportionnellement (Fig. 2c), indiquant un confinement plus serré du jet. L'augmentation de la distance aiguille-collecteur élargissait la zone (Fig. 2d), mais le cône produisait toujours une dispersion plus faible que l'électrofilage conventionnel. Cela démontre la capacité du cône à focaliser le champ électrique et à améliorer la précision du dépôt.

Analyse du mécanisme de dépôt précis

Les résultats par éléments finis (Fig. 3) montrent que le cône métallique intensifie la force du champ et réduit l'angle de divergence. La ligne de champ près du cône atteint 4 × 10⁵ V/m (contre 3 × 10⁵ V/m sans cône) et l'angle passe de 20° à 6°, confinant le jet chargé à une trajectoire plus petite. Cela explique la zone de dépôt réduite observée expérimentalement.

Hémostase rapide in vivo et analyse

Dans le modèle rat, le dispositif modifié par champ électrique a atteint une hémostase complète en 10 s (Fig. 4a–c), plus rapidement que l'électrofilage assisté par flux d'air. Le MEB de la surface hépatique (Fig. 4d) a révélé une membrane fibreuse uniforme de 50 µm d'épaisseur qui s'adaptait à la topographie irrégulière de la plaie, soulignant l'adaptabilité de la technique.

Les numérations de globules blancs (Fig. 5a) ont montré une inflammation significativement plus faible dans le groupe champ électrique au jour 5 (p < 0,05), comparable aux témoins sham. Les enzymes hépatiques (ALT, AST, GGT) étaient également nettement réduites (Fig. 5b–d), indiquant une lésion hépatique minimale. L'histologie (Fig. 6) a révélé une limite tissulaire plus nette, une capsule plus fine et moins de cellules inflammatoires dans le groupe champ électrique versus les témoins à flux d'air, confirmant une réponse inflammatoire et des adhérences tissulaires réduites.

Conclusions

Nous avons démontré qu'un système d'électrofilage modifié par champ électrique, doté d'un cône métallique réglable, permet un dépôt précis et orienté de fibres NOCA pour une hémostase hépatique rapide. La zone de dépôt est contrôlable par la taille du cône, et les simulations confirment que le champ focalisé réduit la divergence du jet. In vivo, la technique obtient l'hémostase en 10 s, avec une inflammation et des adhérences tissulaires inférieures à l'électrofilage assisté par flux d'air. Le design portable, alimenté par batterie, rend cette approche adaptée aux contextes d'urgence, cliniques, sur le terrain et de soins à domicile.

Abréviations

ALT :

Alanine aminotransférase

AST :

Aspartate aminotransférase

CA :

Cyanoacrylate

E-filage :

Électrofilage

FTIR :

Transformée de Fourier infrarouge

GGT :

Gamma-glutamyltransférase

HE :

Hématoxyline-éosine

NOCA :

N-octyl-2-cyanoacrylate

PMMA :

Polyméthacrylate de méthyle

MEB :

Microscope électronique à balayage

GB :

Globules blancs