Brevet FR3138042A1 — publié le 20240126

L’invention concerne une sonde (1) d'illumination destinée à être implantée dans un être vivant, comprenant : Un boîtier (3) creux comprenant une paroi (30) ayant une face interne et une face externe, dans lequel est placée une source lumineuse apte à émettre un rayonnement lumineux, ledit boîtier (3) comprenant une sortie (31) par laquelle ledit rayonnement lumineux est collecté, Un guide d'onde (10) allongé présentant une extrémité proximale connectée sur ladite sortie (31) du boîtier pour collecter le rayonnement lumineux émis par la source lumineuse et au moins une partie implantable réalisée en matériau transparent, fermée de manière hermétique et se terminant par une extrémité distale destinée à venir au plus près des tissus (2) à traiter, La source lumineuse comportant au moins une source radioluminescente (4) apte à émettre ledit rayonnement lumineux à l'intérieur du boîtier (3). Figure à publier avec l'abrégé : Figure 1 Sonde d'illumination implantable Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à une sonde d'illumination destinée à être implantée au moins en partie dans un être vivant pour illuminer au moins une zone interne de l'être vivant. Etat de la technique Pour le traitement de certaines pathologies d'un être vivant, il a été imaginé d'aller stimuler de manière optique une zone interne d'un être vivant. Pour cela, les dispositifs utilisés comportent une source de lumière et sont implantés au moins en partie ou totalement dans l'être vivant pour aller illuminer la zone souhaitée. On s'est notamment aperçu de l'intérêt de tels dispositifs pour illuminer/irradier certaines zones du cerveau humain. Cependant, compte-tenu des risques liés à leur implantation dans le cerveau, ces dispositifs doivent être parfaitement conçus. La demande de brevet US2017281928A1 et le brevet US10213596B2 décrivent des dispositifs d’illumination implantables comprenant un générateur d’impulsions (IPG pour "Implantable Pulse Generator") qui alimente une source lumineuse et une sonde comportant un guide lumière, en général une fibre optique, chargé d’amener un faisceau lumineux vers la zone à traiter. La demande de brevet EP3723851A1 apporte également certaines améliorations aux systèmes connus. Les solutions antérieures présentent cependant plusieurs inconvénients parmi lesquels : Le principe d'installation est assez lésionnel pour le patient : il faut faire une première implantation en sous-claviculaire pour positionner la batterie, glisser le câble en sous-cutanée sur une grande distance, faire un logement conséquent dans la boite crânienne pour la source laser, et glisser la fibre optique dans un cathéter inséré dans la boite crânienne. L'émission de la lumière est principalement localisée en bout de fibre, ce qui ne permet pas facilement d’illuminer une zone plus étendue. La batterie du dispositif doit être rechargée régulièrement pour maintenir la sonde en fonctionnement. Le but de l'invention est de proposer une sonde d'illumination implantable, dont la mise en place est moins complexe et moins invasive pour le patient que les solutions antérieures, dans laquelle l'émission de lumière peut être réalisée sur une zone étendue et qui ne nécessite pas une charge régulière de batterie. Ce but est atteint par une sonde d'illumination destinée à être implantée dans un être vivant, comprenant : Un boîtier creux comprenant une paroi ayant une face interne et une face externe, dans lequel est placée une source lumineuse apte à émettre un rayonnement lumineux, ledit boîtier comprenant une sortie par laquelle ledit rayonnement lumineux est collecté, Un guide d'onde allongé présentant une extrémité proximale connectée sur ladite sortie du boîtier pour collecter le rayonnement lumineux émis par la source lumineuse et au moins une partie implantable réalisée en matériau transparent, fermée de manière hermétique et se terminant par une extrémité distale destinée à venir au plus près des tissus à traiter, La source lumineuse comportant au moins une source radioluminescente apte à émettre ledit rayonnement lumineux à l'intérieur du boîtier. Selon une particularité, la source radioluminescente se présente sous la forme d'une capsule logée à l'intérieur dudit boîtier et la face interne de la paroi du boîtier est recouverte d'une couche réfléchissante. Selon un mode de réalisation particulier, la capsule comporte une enveloppe fermée de manière hermétique, logeant une source radioactive sous forme gazeuse et dotée d'au moins une couche à exciter d'au moins un matériau radioluminescent déposée sur une surface exposée à ladite source radioactive. Selon un autre mode de réalisation particulier, la capsule comporte une enveloppe fermée de manière hermétique et logeant une matrice solide poreuse dont les pores définissent une surface portant une couche d'au moins un matériau radioluminescent exposée à ladite source radioactive. Selon une autre variante de réalisation, la source radioluminescente comporte un dépôt d'une couche d'un matériau radioluminescent réalisé sur la face interne de la paroi du boîtier et une source radioactive sous forme gazeuse enfermée dans ledit boîtier. Selon une particularité, la source radioluminescente comporte une source radioactive implantée dans ladite paroi du boîtier et un dépôt d'une couche d'un matériau radioluminescent réalisé sur la face interne de la paroi du boîtier et exposé à ladite source radioactive. Selon une autre particularité, le matériau radioluminescent est un luminophore, un scintillateur ou un matériau semi-conducteur basé sur une croissance par épitaxie, ou sur des boites quantiques. Selon une autre particularité, la sonde comporte une couche d'un matériau diélectrique déposée sous la source radioluminescente. Selon une autre particularité, la couche de matériau radioluminescent est nanostructurée. Selon une autre particularité, la source radioluminescente comporte des boîtes quantiques fluorescentes. Selon une autre particularité, la source radioactive est à base de tritium. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels : La montre de manière schématique la sonde d'illumination conforme à l'invention et illustre son principe de fonctionnement ; La montre de manière schématique le principe de réalisation d'une source radioluminescente pouvant être employée dans la sonde d'illumination de l'invention ; Les figures 3A et 3B montrent deux variantes de réalisation du boîtier employé dans la sonde d'illumination de l'invention ; Les figures 4A et 4B représentent deux variantes de réalisation de la paroi du boîtier qui est employé dans la sonde d'illumination de l'invention ; Description détaillée d'au moins un mode de réalisation L'invention vise une sonde 1 d'illumination implantable telle que représentée sur la . La sonde 1 permet notamment de réaliser une illumination (par exemple dans le proche infra-rouge ou avec toute autre longueur d'onde selon le traitement envisagé – traitement type neuroprotection, optogénétique) des tissus 2 ciblés (par exemple SNc, hippocampe, striatum…) tout en minimisant les risques médicaux lors de son implantation. Elle peut servir en particulier dans le traitement de maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson, Alzheimer, Huntington... L’illumination des tissus 2 peut avoir différents objectifs selon l’application : neuroprotection, optogénétique, stimulation… Plusieurs cibles sont concernées, par exemple : la substance noire compacta (SNc) qui dégénère dans la maladie de Parkinson, l’hippocampe, principal noyau mis en cause dans le début de la maladie d’Alzheimer, le striatum pour la maladie d’Huntington. L'invention utilise le principe de la radioluminescence. La radioluminescence est une forme de luminescence produite par la désintégration radioactive d'un corps (phénomène permanent ne nécessitant pas de source d'énergie externe). Elle est mise en œuvre en exposant un matériau radioluminescent à une source radioactive. La luminescence regroupe la fluorescence (phénomène de désexcitation radiatif à partir d’un état excité singulet) et la phosphorescence (phénomène de désexcitation radiatif à partir d’un état excité triplet). La longueur d’onde de la lumière émise dépend du matériau radioluminescent utilisé. Dans le cadre de l'invention, de manière non limitative, la source radioactive utilisée est avantageusement le tritium, qui peut être utilisé sous différentes formes. Pour rappel, le tritium est un radioisotope de l’hydrogène et se désintègre en donnant un atome d’hélium, un électron d’énergie moyenne 5.7 keV et un antineutrino, selon la relation suivante : Le matériau radioluminescent employé peut être un scintillateur ou un luminophore, comme classiquement du sulfure de zinc qui émet dans le vert, ou alors un matériau semi-conducteur (matériau III-V, boites quantiques) dont la nature et la géométrie influent notamment sur la longueur d’onde d’émission. Lorsque l’électron produit lors de la désintégration interagit avec un tel matériau, celui-ci peut ainsi émettre de la lumière. L’objectif de l'invention est d’utiliser de manière optimale la lumière produite pour traiter des zones du cerveau. La sonde 1 implantable comporte un guide d'onde 10 se présentant sous la forme d’une tige allongée souple, présentant une extrémité proximale, par exemple située à l'extérieur de l'être vivant et une extrémité distale destinée à être au plus proche des tissus à traiter. Son extrémité distale présente avantageusement un profil atraumatique. Le guide d'onde 10 est choisi suffisamment long pour que son extrémité distale puisse atteindre la zone d’intérêt à traiter dans le corps (par exemple une zone dans le cerveau). Le guide d'onde présente avantageusement une section transversale circulaire. A titre d’exemple, le diamètre de la section du guide d'onde peut aller de 1 à 3 mm, préférentiellement 1.3 mm pour être compatible avec les outils standards utilisés en neurochirurgie. Le guide d'onde 10 peut se présenter sous la forme d'une fibre optique réalisée en silicone ou en polyuréthane. La sonde 1 comporte également un boîtier 3 creux matérialisé par une paroi 30 présentant une face interne et une face externe. Le boîtier 3 est fermé de manière hermétique et comporte une sortie 31 sur laquelle le guide d'onde 10 vient se connecter, via son extrémité proximale. Ce boîtier 3 est destiné à renfermer une source radioluminescente 4. Le rayonnement émis par la source radioluminescente 4 est collecté au niveau de la sortie 31 du boîtier 3 et destiné à se propager le long du guide d'onde 10 jusqu'à son extrémité distale. La sortie 31 du boîtier 3 est avantageusement recouverte sur sa face interne d'une couche 310 d'un matériau réfléchissant spéculaire ( et ). Il faut noter qu'il serait possible de prévoir un boîtier 3 avec plusieurs sorties, un guide d'onde 10 distinct étant connecté sur chaque sortie. Plusieurs modes de réalisation distincts peuvent être envisagés : Comme représenté sur la , sur la et sur la , un premier mode de réalisation consiste à réaliser la source radioluminescente 4 sous la forme d'une capsule 40 venant se loger à l'intérieur du boîtier 3. La capsule 40 comporte une enveloppe 400 hermétique présentant au moins une paroi transparente. La capsule 40 est par exemple remplie avec la source radioactive 401 à base de tritium. Le matériau radioluminescent 402 est déposé ou appliqué sur au moins une partie de la surface interne de l'enveloppe 400 de la capsule (comme sur les figures annexées), ou même sur la surface externe de la source radioactive. De manière non limitative, la capsule 40 peut présenter une section circulaire ayant un diamètre extérieur allant de 300 µm à 1 mm. La longueur de la capsule peut être de quelques millimètres à plusieurs centimètres. La capsule peut présenter une taille plus ou moins importante. Le tritium placé dans l'enveloppe 400 hermétique de la capsule peut notamment être stocké en employant différentes solutions. Une première solution est de placer le tritium sous la forme gazeuse à l'intérieur de l'enveloppe de la capsule, comme illustré sur la . Une deuxième solution serait d’incorporer le tritium dans une matrice, par exemple du styrène, comme effectué dans "Preparation of tritiated polystyrene coated radioluminescent phosphor, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol. 254, No. 1 (2002) 209–211" . Une autre solution est d'incorporer le tritium dans des nanodiamants ou des arrangements nanométriques d’atomes de carbone, comme décrit dans la publication référencée « Using hydrogen isotope incorporation as a tool to unravel the surfaces of hydrogen-treated nanodiamonds, Nanoscale, 2019, 11, 8027-8036 » . Le tritium peut aussi être incorporé dans une matrice solide, par exemple de titane, comme décrit dans la publication https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s10971-019-05022-2.pdf . La matrice peut être adaptée de manière à augmenter sa surface effective de contact avec le tritium. Le matériau radioluminescent peut ensuite être déposé de manière à être compatible avec la taille des pores ou des alvéoles du titane. A titre d'exemple, on peut utiliser du titane poreux, par exemple avec une ouverture de pore moyenne de 20 µm, et utiliser un matériau radioluminescent dont la taille des grains est beaucoup plus petite, par exemple de 5 µm, afin de remplir ces pores et ainsi de maximiser le rendement lumineux. La matrice elle-même peut être radioluminescente : par exemple, il peut s’agir d’un barreau ou d’un cylindre de matériau semi-conducteur épitaxié sur un substrat dont la longueur d’onde d’émission se situe dans le rouge. La "tritiation" de ce semi-conducteur fait de ce dernier une source de lumière, par excitation du matériau semi-conducteur par les électrons issus de la désintégration radioactive du tritium incorporé. Il est également possible de déposer des boites quantiques sur la matrice solide incorporant le tritium. Les boites quantiques sont des assemblages d’atome ; la dimension et la nature de ces assemblages détermine la longueur d’onde d’émission. L’émission d’électrons issus du tritium incorporé dans le titane vient exciter les boites quantiques qui émettent de la lumière. Dans ce premier mode de réalisation, comme représenté sur la , la face interne de la paroi du boîtier 3 est recouverte d'une couche 32 d'un matériau réfléchissant, avantageusement diffusif et non-spéculaire. Selon ce premier mode de réalisation, le rayonnement lumineux émis par la capsule 40 se propage dans tout le volume interne du boîtier, par réflexions successives contre sa face interne. Le rayonnement lumineux est capté au niveau de la sortie 31 du boîtier 3 et vient se propager le long du guide d'onde 10 jusqu'à l'extrémité distale (voir ). La couche réfléchissante 310 déposée sur la face interne au niveau de la sortie 31 du boîtier 3 permet de collecter le faisceau et de le véhiculer vers le guide d'onde 10. Selon une deuxième variante de réalisation illustrée par la , la face interne du boîtier 3 est directement recouverte d'une couche 33 du matériau radioluminescent. Selon ce deuxième mode de réalisation, la source radioactive 34 sous forme gazeuse peut être placée dans le volume interne du boîtier 3, interagissant ainsi directement avec le matériau radioluminescent présent sur la face interne du boîtier. En variante, la source radioactive 34 sous forme gazeuse peut être directement implantée dans la paroi 30 du boîtier 3, celle-ci étant choisie suffisamment poreuse. Les principes de stockage de la source radioactive, décrits ci-dessus pour la capsule peuvent être repris de manière similaire pour le dépôt sur la face interne du boîtier. Selon une particularité, il est possible de faire en sorte d'émettre le rayonnement lumineux de manière discontinue dans le temps. Pour cela, la source radioluminescente 4 peut intégrer des nanoparticules pour moduler l'émission de la lumière. Dans les deux modes de réalisations décrits, le boîtier 3 fonctionne comme une sphère intégrante, c'est-à-dire qu'il permet des réflexions multiples dans son volume interne, avant collecte au niveau de la sortie 31 du boîtier 3. Dans les deux modes réalisation décrits ci-dessus, il est possible d'exalter le champ électromagnétique émis par la radioluminescence. L'une des options est par exemple de déposer un matériau diélectrique sur une couche métallique (déposée sur la face interne de la paroi 30 du boîtier 3 ou sur la face externe de la capsule 40). Comme représenté sur la , il peut s'agir d'associer sur la face 30 à traiter, une couche métallique 35 et une couche diélectrique, sous la couche 36 de matériau radioluminescent. Il peut également s'agir de réaliser une nanostructuration (référence 37) de la couche 36 de matériau radioluminescent déposée ( ). La source radioluminescente peut contenir des luminophores ou boites quantiques émettant à plusieurs longueurs d’onde (par exemple 670 et 810 nm, dont on sait que ces longueurs d’onde sont bénéfiques pour les maladies neurodégénératives). Plusieurs capsules, émettant à différentes longueurs peuvent être placées dans le boîtier. Il est également possible de combiner les deux réalisations des figures 3A et 3B. On insère une capsule 40 à l'intérieur du boîtier 3 capable de luminescer à une première longueur d'onde. La paroi interne du boîtier 3 intègre également un matériau radioluminescent capable de luminescer à une deuxième longueur d'onde et excitable par la première longueur d'onde par photoluminescence. Le volume interne du boîtier est pour sa part rempli de la source radioactive, par exemple le tritium sous forme gazeuse. Selon une particularité, le boîtier 3 de la sonde 1 est positionné à l'extérieur du corps de l'être vivant, par exemple fixé en sous-claviculaire, le guide d'onde 10 présentant une partie déployée en sous-cutanée et une partie implantée par exemple en intracérébral. L'invention présente de nombreux avantages, parmi lesquels : Une autonomie longue durée (1/2 vie à 12.3 années pour le tritium), sans employer de source d'alimentation électrique ; Une simplicité dans l'installation et dans le fonctionnement ; La possibilité de choisir la longueur d’onde et éventuellement d'utiliser plusieurs guides d'onde et plusieurs longueurs d'ondes distinctes ; Sonde (1) d'illumination destinée à être implantée dans un être vivant, comprenant : Un boîtier (3) creux comprenant une paroi (30) ayant une face interne et une face externe, dans lequel est placée une source lumineuse apte à émettre un rayonnement lumineux, ledit boîtier (3) comprenant une sortie (31) par laquelle ledit rayonnement lumineux est collecté, Un guide d'onde (10) allongé présentant une extrémité proximale connectée sur ladite sortie (31) du boîtier pour collecter le rayonnement lumineux émis par la source lumineuse et au moins une partie implantable réalisée en matériau transparent, fermée de manière hermétique et se terminant par une extrémité distale destinée à venir au plus près des tissus (2) à traiter, Caractérisée en ce que la source lumineuse comporte au moins une source radioluminescente (4) apte à émettre ledit rayonnement lumineux à l'intérieur du boîtier (3). Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source radioluminescente (4) se présente sous la forme d'une capsule (40) logée à l'intérieur dudit boîtier et en ce que la face interne de la paroi du boîtier est recouverte d'une couche réfléchissante (32). Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que la capsule (40) comporte une enveloppe (400) fermée de manière hermétique, logeant une source radioactive (401) sous forme gazeuse et dotée d'au moins une couche à exciter d'au moins un matériau radioluminescent (402) déposée sur une surface exposée à ladite source radioactive (401). Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que la capsule (40) comporte une enveloppe fermée de manière hermétique et logeant une matrice solide poreuse dont les pores définissent une surface portant une couche d'au moins un matériau radioluminescent exposée à ladite source radioactive. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source radioluminescente (4) comporte un dépôt d'une couche (33) d'un matériau radioluminescent réalisé sur la face interne de la paroi (30) du boîtier (3) et une source radioactive (32) sous forme gazeuse enfermée dans ledit boîtier. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source radioluminescente (4) comporte une source radioactive implantée dans ladite paroi (30) du boîtier (3) et un dépôt d'une couche d'un matériau radioluminescent réalisé sur la face interne de la paroi du boîtier et exposé à ladite source radioactive. Sonde selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que le matériau radioluminescent est un luminophore, un scintillateur ou un matériau semi-conducteur basé sur une croissance par épitaxie, ou sur des boites quantiques. Sonde selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce qu'elle comporte une couche d'un matériau diélectrique déposée sous la source radioluminescente. Sonde selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que la couche (36) de matériau radioluminescent est nanostructurée. Sonde selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la source radioluminescente (4) comporte des boîtes quantiques fluorescentes. Sonde selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la source radioactive (111) est à base de tritium.