La rate artificielle offre l'espoir d'un diagnostic et d'un traitement plus rapides de la septicémie

Profitant des progrès récents de la nanotechnologie et de la microfluidique, les chercheurs ont réalisé des progrès significatifs vers un dispositif qui pourrait être utilisé pour éliminer rapidement les agents pathogènes du sang des patients atteints de sepsis, une maladie potentiellement mortelle qui survient lorsqu'une infection se propage dans tout le corps. via la circulation sanguine.

Nettoyant sanguin : Cet appareil utilise la microfluidique et la nanotechnologie pour éliminer les agents pathogènes du sang avant de le renvoyer dans le corps.

Le nouveau système agit efficacement comme une rate artificielle, filtrant le sang à l'aide de nanobilles magnétiques conçues pour adhérer aux microorganismes et aux toxines. Une fois le sang retiré et mélangé aux billes, il passe dans un appareil qui utilise un gradient de champ magnétique pour extraire les germes liés aux nanobilles. Ensuite, le sang est renvoyé dans le corps.

Ingénieurs de l'Université Harvard Institut Wyss pour l'ingénierie d'inspiration biologique , où la technologie est en cours de développement, espèrent également que l'appareil sera capable d'identifier le micro-organisme spécifique à l'origine du problème, ce qui pourrait aider les médecins à déterminer le traitement antibiotique le plus efficace plus rapidement qu'avec les tests de diagnostic conventionnels.

Lors d'une conférence scientifique à la Harvard Medical School la semaine dernière, Donald Ingber , l'un des inventeurs de la technologie et directeur du Wyss Institute, a déclaré que son groupe avait été encouragé par les résultats préliminaires des tests de la thérapie de purification du sang chez le rat. L'institut a récemment annoncé qu'il utiliserait l'argent d'un contrat de 9,25 millions de dollars avec l'Agence des projets de recherche avancée du ministère de la Défense (DARPA) pour aider à accélérer sa traduction chez l'homme en tant que nouveau type de thérapie contre la septicémie.

La septicémie, qui tue des millions de personnes dans le monde chaque année, survient lorsque des produits chimiques que le corps libère pour combattre une infection dans la circulation sanguine déclenchent une réponse inflammatoire dans tout le corps. Les pires cas peuvent conduire à la défaillance de plusieurs organes. Étant donné que n'importe quel organisme parmi une gamme d'organismes peut causer le problème, un patient soupçonné d'avoir une septicémie reçoit généralement un antibiotique à large spectre pendant que les médecins cultivent le sang pour tenter d'identifier l'organisme en cause afin de pouvoir prescrire le antibiotique spécifique qui le ciblera. Ce processus peut prendre plusieurs jours.

Mais l'antibiotique à large spectre ne fonctionne pas toujours et, dans de nombreux cas, l'hémoculture ne parvient pas à identifier l'agent pathogène. Pendant ce temps, retarder l'administration du médicament approprié de quelques heures peut réduire considérablement les chances de survie d'un patient. Des études ont montré que chaque heure où un patient reçoit le mauvais antibiotique, même un antibiotique puissant à large spectre, la mortalité augmente de 5 à 9 pour cent, explique Ingber.

Sepsis est également l'un des principaux tueurs de soldats au combat. Pour résoudre ce problème, la DARPA vise à développer une thérapie portable de type dialyse qui nettoie rapidement le sang qui a été retiré du corps, puis le renvoie. La technologie souhaitée serait capable d'éliminer de nombreux types d'agents pathogènes et fonctionnerait sans avoir besoin d'anticoagulants, ce qui peut provoquer le saignement d'un guerrier blessé. Les patients dialysés doivent généralement prendre des anticoagulants afin que leur sang ne coagule pas à l'intérieur du tube de la machine de dialyse.

Pour s'inspirer de ce défi, Ingber et ses collègues se sont penchés sur le système immunitaire humain, en particulier sur une classe de protéines dans le sang qui se fixent à des microorganismes ou des toxines potentiellement nocifs et les marquent comme cibles pour d'autres cellules immunitaires. Le groupe a génétiquement modifié l'une de ces protéines, connue pour se lier à plus de 90 agents pathogènes différents, notamment des bactéries, des champignons, des virus, des parasites et des toxines, afin qu'elle fonctionne comme un revêtement pour les nanobilles magnétiques, leur donnant la capacité de collecter des agents infectieux dans le sang.

Le sang d'un patient passe par un appareil externe qui contient un système de canaux microfluidiques dont la conception est inspirée de la rate. Dans le dispositif, que les inventeurs appellent une rate sur puce, du sang contaminé circule dans les canaux avec une solution saline. Un gradient de champ magnétique est ensuite utilisé pour attirer les nanobilles et leurs agents pathogènes liés dans cette solution. En utilisant ce processus, le groupe a déjà atteint l'objectif de la DARPA de nettoyer 1,25 litre de sang par heure, et Ingber dit qu'il pense qu'ils peuvent atteindre un débit encore plus élevé.

Le revêtement de la surface intérieure des canaux est un nouveau matériau appelé SLIPS (surfaces poreuses glissantes imprégnées de liquide) , inspiré de la cruche Nepenthes et également développé au Wyss Institute. SLIPS empêche les protéines et les plaquettes de coller à la surface des canaux et d'activer la coagulation.

Le potentiel de la technologie ne s'arrête pas là. Étant donné que le système peut éliminer et isoler les agents pathogènes de manière si efficace, il peut fournir une opportunité d'identifier l'organisme causant l'infection d'un patient sans avoir à effectuer une hémoculture, dit Michael Super , chercheur principal au Wyss Institute. Cela réduirait le temps nécessaire pour déterminer l'antibiotique approprié. Le groupe travaille maintenant à intégrer cette capacité dans l'appareil.

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