Un nouveau dispositif pourrait être une alternative plus sûre aux ventilateurs pulmonaires

Une nouvelle technologie qui recrée des caractéristiques importantes des structures pulmonaires pourrait éventuellement constituer une alternative plus sûre à certains types d'appareils respiratoires et cardiaques utilisés pour traiter les personnes dont les poumons ont échoué en raison d'une maladie ou d'une blessure.

Du sang rouge foncé coule dans l'appareil, où il échange du dioxyde de carbone contre de l'oxygène et ressort de l'autre côté beaucoup plus brillant.

En utilisant des techniques de fabrication conçues à l'origine pour fabriquer des puces informatiques, les ingénieurs biomédicaux ont réalisé ces dernières années des progrès significatifs vers l'imitation des mécanismes de certains systèmes d'organes, dont le bon fonctionnement dépend de conditions chimiques et physiques très précises. Le sang, par exemple, est extrêmement sensible aux environnements autres que ceux qu'il rencontre dans les systèmes vivants sains. Désormais ingénieurs de Laboratoire Draper disent avoir conçu une nouvelle thérapie pulmonaire, composée de minuscules canaux moulés dans un polymère biocompatible capable de gérer des débits sanguins élevés. Si les choses se passent comme prévu, la thérapie sera beaucoup plus sûre que celles utilisées aujourd'hui.

Il est courant que les personnes gravement malades souffrent du syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA), dans lequel du liquide s'accumule dans les poumons et empêche l'échange normal d'oxygène et de dioxyde de carbone. La ventilation mécanique des poumons, la thérapie la plus couramment utilisée pour ces patients, revient à demander à quelqu'un d'exercer un bras cassé, explique Jeff Borenstein, qui dirige le projet pulmonaire microfluidique chez Draper. La thérapie invasive consiste à forcer de fortes concentrations d'oxygène dans les poumons à des pressions élevées et ne permet pas aux tissus malades ou endommagés de guérir, dit-il. Pire encore, cela entraîne souvent de graves complications, notamment une toxicité des tissus pulmonaires et une pneumonie.

Une alternative à la ventilation mécanique est l'oxygénation par membrane extracorporelle (ECMO), qui consiste à prélever le sang d'un patient et à le faire passer dans un appareil qui élimine le dioxyde de carbone et y ajoute de l'oxygène avant de renvoyer le sang dans le corps du patient. Traditionnellement, l'ECMO a été principalement utilisée comme mesure de sauvetage si la ventilation mécanique ne fonctionne pas ou est impossible, et est plus couramment utilisée chez les enfants. Les machines ECMO d'aujourd'hui, dans lesquelles le sang circule sur un faisceau de fibres poreuses à travers lesquelles l'oxygène est pompé, sont compliquées et nécessitent une expertise spécialisée pour fonctionner. Le sang a tendance à coaguler dans l'appareil, ce qui est très différent de l'environnement dans les poumons, de sorte que les patients doivent prendre de fortes doses de médicaments anticoagulants. Cela peut entraîner d'autres complications dangereuses telles que des saignements dans le cerveau ou le système gastro-intestinal.

Le nouveau dispositif microfluidique, qui est de conception plus simple et fournit au sang qui coule un environnement beaucoup plus proche de ce qu'il rencontre dans les poumons, pourrait essentiellement remplacer les entrailles des machines ECMO conventionnelles, déclare David O'Dowd, responsable du programme pour les systèmes biomédicaux chez Draper . Si les choses se passent comme prévu, il sera prêt à être testé sur des animaux dans deux ans et prêt à être testé sur des humains dans trois ans, dit-il.

En empilant des couches de plastique biocompatible avec des microcanaux à motifs sur leur surface, l'équipe de Borenstein a construit une structure de ramification tridimensionnelle dans laquelle les canaux plus grands se ramifient progressivement en plus petits, de la même manière que les gros vaisseaux sanguins se ramifient en capillaires.

D'autres groupes de recherche poursuivent également des technologies d'échange de gaz basées sur la microfluidique, mais Borenstein affirme que l'appareil de son équipe est unique dans la mesure où il imite le système biologique réel, ce qui est rendu possible par les méthodes exclusives utilisées par le groupe pour réaliser la ramification 3D. . Tout en circulant dans l'appareil, le sang est beaucoup moins susceptible que dans une machine ECMO de penser qu'il devrait coaguler, explique Borenstein. Il rapproche également l'oxygène et le sang, ce qui permet un échange de gaz plus efficace par rapport à l'ECMO conventionnel.

Cette conception unique est ce qui a permis à l'équipe d'atteindre des débits sanguins au moins 10 fois plus rapides que les technologies microfluidiques concurrentes, selon Borenstein. Récemment, le groupe a démontré un débit de 100 millilitres par minute en utilisant du sang bovin. Maintenant, l'objectif est de le mettre à l'échelle afin qu'il puisse traiter des litres de sang par minute sans sacrifier les attributs qui réduisent le risque de coagulation.

Parce qu'un appareil comme celui-ci serait plus simple, plus efficace et n'obligerait pas les patients à prendre beaucoup d'anticoagulants, il pourrait être beaucoup plus sûr que les machines ECMO d'aujourd'hui pour une utilisation à long terme, dit Philippe Camp , chirurgien cardiothoracique au Brigham and Women's Hospital de Boston, qui étudie les systèmes de soutien mécanique pour les patients souffrant d'insuffisance cardiaque ou pulmonaire. Cela pourrait être particulièrement utile pour aider les gens à traverser des poussées de maladies pulmonaires chroniques courantes comme la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC). Si la technologie peut être développée et commercialisée avec succès, dit-il, elle a le potentiel de révolutionner la façon dont nous prenons soin des personnes souffrant d'insuffisance respiratoire aiguë.

cacher