Des chercheurs de la Northwestern University ont mis au point le premier appareil portable permettant de mesurer les gaz émis et absorbés par la peau. En analysant ces gaz, l’appareil offre une toute nouvelle façon d’évaluer la santé de la peau, notamment en surveillant les plaies, en détectant les infections cutanées, en suivant le taux d’humidité, en quantifiant l’exposition à des produits chimiques environnementaux nocifs et bien plus encore.
La nouvelle technologie comprend une série de capteurs qui mesurent avec précision les changements de température, de teneur en vapeur d’eau, de teneur en dioxyde de carbone (CO2) et en composés organiques volatils (COV), fournissant ainsi des informations précieuses sur les différents états de la peau et l’état de santé général. Ces gaz s’écoulent dans une petite chambre à l’intérieur de l’appareil, qui flotte au-dessus de la peau sans réellement la toucher. Cette conception sans contact est particulièrement utile pour recueillir des informations sur les peaux sensibles sans perturber les tissus délicats. L’étude a été publiée dans la revue scientifique Nature. L’article démontre l’efficacité de l’appareil sur les petits animaux et les humains.
Une nouvelle technologie pour les populations vulnérables
“Cet appareil est une évolution naturelle des appareils électroniques portables de notre laboratoire qui collectent et analysent la sueur”, a déclaré John A. Rogers de la Northwestern University, qui a codirigé l’étude. “Dans ce cas, nous avons analysé la sueur pour en savoir plus sur l’état de santé général du porteur. Cette méthode, bien qu’utile, nécessite une stimulation pharmacologique des glandes sudoripares ou une exposition à un environnement chaud et humide. Nous avons réfléchi à ce que nous pourrions capter de la peau, qui est présente en permanence de manière naturelle. Il s’avère que toutes sortes de substances sont émises par la surface de la peau – vapeur d’eau, dioxyde de carbone et composés organiques volatils – qui peuvent être liées à l’état de santé physiologique sous-jacent”.
Selon Guillermo A. Ameer de la Northwestern University, qui a codirigé l’étude, cette technologie a le potentiel de révolutionner les soins cliniques, en particulier pour les populations vulnérables telles que les nouveau-nés, les personnes âgées, les diabétiques et autres personnes dont la peau est endommagée. Selon les chercheurs, la beauté de l’appareil est qu’il offre une toute nouvelle méthode pour évaluer l’état des peaux sensibles sans entrer en contact avec des plaies, des ulcères ou des abrasions. Cet appareil est le premier grand pas vers la mesure des changements de gaz et la corrélation de ces changements avec l’état de la peau.
Rogers est un pionnier de la bioélectronique et Louis Simpson et Kimberly Querrey professeur de science et d’ingénierie des matériaux, d’ingénierie biomédicale et de neurochirurgie à la Northwestern University – avec des missions d’enseignement à la McCormick School of Engineering et à la Feinberg School of Medicine de la Northwestern University – et directeur du Querrey Simpson Institute for Bioelectronics. Ameer est professeur Daniel Hale Williams de génie biomédical à la McCormick School of Engineering, professeur de chirurgie à la Feinberg School of Medicine et directeur fondateur du Querrey Simpson Institute for Regenerative Engineering récemment créé à la Northwestern University (QSI RENU). Rogers et Ameer ont dirigé l’étude avec Yonggang Huang, professeur Jan et Marcia Achenbach de génie mécanique et professeur de génie civil et environnemental.
S’enquérir soi-même de la santé de sa peau à la maison
La couche la plus externe de la peau, appelée barrière cutanée, est la première ligne de défense du corps contre les agressions extérieures. Elle préserve l’hydratation en empêchant une perte excessive d’eau et protège contre les irritants, les bactéries et les rayons UV. Si la barrière cutanée est endommagée, cela peut entraîner une perte d’eau accrue (connue sous le nom de perte d’eau transépidermique ou TEWL), une sensibilité de la peau et un risque accru d’infections et de maladies inflammatoires telles que l’eczéma et le psoriasis. “La peau est essentielle pour nous protéger de l’environnement”, explique le Dr Amy Paller, co-auteur de l’étude, professeur de dermatologie Walter J. Hamlin et présidente du département de dermatologie de Feinberg. Un élément essentiel de cette fonction protectrice est la barrière cutanée, qui se caractérise avant tout par une impressionnante accumulation de protéines et de graisses densément enchevêtrées qui retiennent l’eau à l’intérieur et tiennent à distance les irritants, les toxines, les microbes et les allergènes.
En suivant les changements dans la libération d’eau et de gaz par la peau, les professionnels de la santé peuvent avoir un aperçu de l’intégrité de la barrière cutanée de leurs patients. Bien qu’il existe déjà des technologies permettant de mesurer la perte d’eau, il s’agit d’appareils volumineux et encombrants, généralement utilisés dans les hôpitaux. L’appareil compact et portable, quant à lui, a été conçu pour aider les médecins à surveiller leurs patients à distance et pour permettre aux gens de prendre en main la santé de leur peau à domicile. L’étalon-or pour la mesure de l’intégrité de la barrière cutanée est un appareil de grande taille équipé d’une sonde qui est placée par intermittence sur la peau afin de recueillir des informations sur la perte d’eau transépidermique, c’est-à-dire le flux d’eau à travers la peau. Un appareil capable de mesurer la perte d’eau transépidermique à distance, en continu ou selon les instructions de l’examinateur, sans déranger le patient pendant son sommeil, est un grand progrès.
Des décisions plus fondées et plus rapides pour le traitement des plaies
L’appareil ne mesure que deux centimètres de long et un centimètre et demi de large et se compose d’une chambre, d’une série de capteurs, d’une valve programmable, d’un circuit électronique et d’une petite batterie rechargeable. Au lieu d’être en contact direct avec la peau, la chambre flotte à quelques millimètres au-dessus de celle-ci. Une valve automatique ouvre et ferme l’accès à cette chambre – une fonction qui régule de manière dynamique l’accès entre la chambre fermée et l’air ambiant. Lorsque la vanne est ouverte, les gaz entrent ou sortent de la chambre, ce qui permet à l’instrument de mesurer une ligne de base. Ensuite, lorsque la vanne se ferme rapidement, les gaz sont piégés dans la chambre. De là, les capteurs mesurent les variations des concentrations de gaz au fil du temps.
Via Bluetooth, l’appareil envoie directement ces données à un smartphone ou une tablette, où elles peuvent être surveillées en temps réel. Ces résultats rapides aident le personnel médical à prendre des décisions plus éclairées et plus rapides concernant le traitement des plaies et l’administration d’antibiotiques. Étant donné que des concentrations élevées de vapeur d’eau, deCO2 et de COV sont associées à la croissance bactérienne et à un retard de cicatrisation, la surveillance de ces facteurs peut aider les soignants à détecter les infections plus tôt et de manière plus sûre. “Prescrire des antibiotiques sur des plaies peut présenter un certain risque”, explique Ameer, expert en techniques régénératives pour améliorer la cicatrisation des plaies. Il est parfois difficile de savoir si une plaie est infectée ou non. Si c’est évident, il peut déjà être trop tard et le patient peut développer une septicémie, qui est incroyablement dangereuse. Pour éviter cela, les médecins prescrivent un large éventail d’antibiotiques. Cela peut entraîner une résistance aux antibiotiques, qui constitue un problème croissant dans le secteur des soins de santé. La possibilité de surveiller une plaie de manière précise et continue et de prescrire un antibiotique dès les premiers signes d’infection est donc d’un intérêt évident et majeur.
Bien que la surveillance continue soit importante pour tous les types de plaies, elle est particulièrement cruciale pour les patients diabétiques. Ameer a déjà développé plusieurs stratégies pour traiter les ulcères diabétiques, notamment des gels antioxydants et des pansements régénérateurs. Il y a deux ans, Ameer a développé, en collaboration avec Rogers, le premier pansement électronique temporaire qui accélère la cicatrisation des plaies par stimulation électrique. Ce nouveau wearable est un outil supplémentaire pour éviter à ces patients vulnérables des effets secondaires risqués.
Évaluation de la sécurité des produits cosmétiques et de soins personnels
Cette nouvelle technologie innovante offre non seulement un aperçu sans précédent de la cicatrisation des plaies et de la santé de la peau, mais pourrait également ouvrir la voie à des progrès dans la surveillance de l’efficacité des insecticides, des crèmes pour la peau et des médicaments systémiques destinés à améliorer la santé de la peau.Le CO2 et les COV sont précisément les gaz qui attirent les moustiques et autres nuisibles. La mesure de ces émissions provenant de la peau pourrait donc aider les chercheurs à comprendre et éventuellement à réduire l’attraction des moustiques. Le nouvel appareil pourrait également permettre aux dermatologues et à leurs patients de mesurer la vitesse à laquelle les lotions et les crèmes pénètrent dans la peau, ce qui pourrait fournir des informations sur la perméabilité et la fonction de barrière de la peau.
Ces données pourraient également aider d’autres chercheurs à développer des systèmes d’administration transdermique de médicaments plus efficaces, à surveiller l’effet des médicaments administrés par voie systémique contre les maladies de la peau et à évaluer la sécurité des produits cosmétiques et de soins personnels. L’équipe de la Northwestern University prévoit ensuite d’affiner les fonctions de l’appareil, notamment en ajoutant un capteur pour suivre les changements de pH et en développant des capteurs de gaz avec une sélectivité chimique accrue pour la détection précoce de dysfonctionnements d’organes et d’autres maladies.