Le diagnostic des troubles du sommeil tels que l’apnée du sommeil nécessite généralement que le patient passe la nuit dans un laboratoire du sommeil connecté à divers capteurs et moniteurs. Des chercheurs du MIT, de Celero Systems et de l’Université de Virginie occidentale espèrent rendre ce processus moins intrusif en utilisant une capsule ingérable qu’ils ont développée et capable de surveiller les signes vitaux du tractus gastro-intestinal du patient.
La capsule, qui a à peu près la taille d’une multivitamine, utilise un accéléromètre pour mesurer la fréquence respiratoire et la fréquence cardiaque du patient. En plus de diagnostiquer l’apnée du sommeil, l’appareil pourrait également être utile pour détecter les surdoses d’opioïdes chez les personnes à haut risque, affirment les chercheurs.
« C’est une intervention passionnante qui aide les gens à poser un diagnostic et à recevoir ensuite un traitement approprié s’ils souffrent d’apnée obstructive du sommeil », explique Giovanni Traverso, professeur agrégé de génie mécanique au MIT et gastro-entérologue au Brigham and Women’s Hospital. « L’appareil a également le potentiel de détecter rapidement des changements dans l’état respiratoire, qu’ils soient dus à des opiacés ou à d’autres affections qui pourraient être surveillées, comme l’asthme ou la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC). »
Dans une étude menée auprès de 10 volontaires, les chercheurs ont montré que la capsule pouvait être utilisée pour surveiller les signes vitaux et détecter les épisodes d’apnée du sommeil, qui surviennent lorsque le patient s’arrête et recommence à respirer à plusieurs reprises pendant son sommeil. Les patients n’ont présenté aucun effet secondaire dû à la capsule, qui passait sans danger dans le tube digestif.
Traverso est l’un des auteurs principaux de l’étude, aux côtés de Robert Langer, professeur à l’Institut du MIT et membre de l’Institut Koch pour la recherche intégrative sur le cancer au MIT ; Victor Finomore, directeur du Centre de recherche sur la performance humaine et les neurosciences appliquées à la faculté de médecine de l’Université de Virginie occidentale ; et Ali Rezai, directeur du Rockefeller Neuroscience Institute de la faculté de médecine de l’Université de Virginie occidentale. L’article paraît dans le magazine aujourd’hui Appareil.
Mesures des signes vitaux
Au cours de la dernière décennie, Traverso et Langer ont développé une série de capteurs ingérables qui pourraient être utilisés pour surveiller les signes vitaux et diagnostiquer les maladies gastro-intestinales telles que le ralentissement gastro-intestinal et les maladies inflammatoires de l’intestin.
Cette nouvelle étude s’est concentrée sur la mesure des signes vitaux à l’aide d’une capsule développée par Celero Systems et dotée d’un accéléromètre qui détecte les légers mouvements créés par le rythme cardiaque et l’expansion des poumons. La capsule contient également deux petites batteries et une antenne sans fil qui transmet les données à un appareil externe tel qu’un ordinateur portable.
Lors de tests sur des modèles animaux, les chercheurs ont découvert que cette capsule pouvait mesurer avec précision la fréquence respiratoire et la fréquence cardiaque. Dans une expérience, ils ont montré que le capteur pouvait détecter la réduction du rythme respiratoire provoquée par une forte dose de fentanyl, un médicament opioïde.
S’appuyant sur ces résultats, les chercheurs ont décidé de tester davantage la capsule dans le cadre d’un essai clinique mené au Rockefeller Neuroscience Institute de l’Université de Virginie occidentale. Dix patients participant à l’étude ont été surveillés à l’aide de la capsule ingérable, et ces patients ont également été connectés aux capteurs généralement utilisés pour la surveillance du sommeil afin que les chercheurs puissent comparer les mesures des deux types de capteurs.
Les chercheurs ont découvert que leur capteur ingérable pouvait mesurer avec précision à la fois la fréquence respiratoire et la fréquence cardiaque, et qu’il a également détecté un épisode d’apnée du sommeil survenu chez l’un des patients.
«Nous avons pu montrer que la capsule nous permettait de collecter des données cohérentes avec celles des capteurs transdermiques traditionnels», explique Traverso. « Nous avons également observé que la capsule pouvait détecter l’apnée, et cela a été confirmé à l’aide des systèmes de surveillance standards disponibles dans le laboratoire du sommeil. »
Dans cette étude, les chercheurs ont surveillé les signaux émis par la capsule alors qu’elle se trouvait dans l’estomac. Cependant, dans une étude précédente, ils ont montré que les signes vitaux peuvent également être mesurés dans d’autres parties du tractus gastro-intestinal.
« L’estomac fournit généralement certains des meilleurs signaux, principalement parce qu’il est proche du cœur et des poumons, mais nous savons que nous pouvons également les détecter ailleurs », explique Traverso.
Aucun des patients n’a signalé d’inconfort ou de dommage dû à la capsule. Une radiographie prise 14 jours après la prise des gélules a montré que toutes les gélules avaient traversé le corps du patient. Les travaux antérieurs de l’équipe de recherche ont montré que des objets de taille similaire voyagent généralement dans le tube digestif en un peu plus d’une journée.
Surveillance rapprochée
Les chercheurs pensent que ce type de capteur pourrait être utilisé pour diagnostiquer l’apnée du sommeil de manière moins intrusive que les capteurs cutanés actuellement utilisés. Il pourrait également être utilisé pour surveiller les patients au début d’un traitement contre l’apnée afin de garantir l’efficacité des traitements.
Celero Systems, une société fondée par Traverso, Langer, Jeremy Ruskin, professeur de médecine à la Harvard Medical School, et Benjamin Pless, aujourd’hui PDG de la société, travaille actuellement sur des capteurs capables de détecter l’apnée du sommeil ou les surdoses d’opioïdes.
« Nous savons que les personnes qui ont fait une surdose courent un risque plus élevé de récidive. Ces personnes pourraient donc être surveillées plus étroitement afin que quelqu’un puisse les aider en cas de nouvelle surdose », explique Traverso.
Dans des travaux futurs, les chercheurs espèrent incorporer un agent d’inversion de surdose tel que le nalméfène dans le dispositif, de sorte que la libération du médicament soit déclenchée lorsque le rythme respiratoire de la personne ralentit ou s’arrête. Ils travaillent également sur des stratégies permettant de prolonger la durée de séjour des capsules dans l’estomac.
La recherche a été financée par la chaire de carrière Karl van Tassete, le département de génie mécanique du MIT et Celero Systems.
Parmi les auteurs de l’article figurent également Pless, James Mahoney, Justin Kupec, Robert Stansbury, Daniel Bacher, Shannon Schütz et Alison Hayward.