Poumon artificiel : la fin des numéros aériens ?

19. septembre 2011
Share article

Le poumon artificiel implantable est une des grandes idées de la bionique, la science de l´homme artificiel. Des scientifiques de Cleveland s´approchent de plus en plus de ce but : ils ont appris à un poumon artificiel à se contenter d´air.

Les organes artificiels sont difficiles à réaliser. L´idée est facilement concevable : remplacer aisément un rein abîmé par un rein artificiel ou un cœur malade par une pompe implantable. On voit toutefois que la réalité est toujours plus compliquée que la théorie. Les deux plus gros obstacles qui se maintiennent au-devant de la création d´un homme bionique sont les problèmes d´approvisionnement en énergie ainsi que la compatibilité tissulaire du matériel implanté, souvent sous-optimale. La conséquence de cela est qu´on est souvent loin de la transférabilité de l´organe artificiel. Le rein artificiel est, comme chacun le sait, une réalité. Il n´y a guère qu´aller courir qui est irréalisable avec une machine de dialyse. Au début, les cœurs artificiels étaient eux aussi des monstres roulants. Depuis, des efforts ont été faits à ce sujet.

Ce poumon vit uniquement d´air

Un poumon artificiel serait aussi hautement utile en médecine : plus de 200 millions de personnes dans le monde souffrent d´une maladie pulmonaire grave. Pour beaucoup d´entre eux, il arrivera un jour où la médecine ne pourra plus proposer autre chose qu´une transplantation pulmonaire. De manière semblable aux reins, le poumon peut aussi être remplacé par différentes techniques : un remplacement partiel existe grâce à la respiration artificielle classique. L´oxygénation extracorporelle par oxygénateur à membrane est en quelque sorte le bypass complet. Ces deux méthodes ne sont pas des poumons artificiels au sens strict. Les véritables poumons artificiels tentent de reproduire mécaniquement les échanges gazeux physiologiques pour pouvoir être implantés dans le thorax – c´est le but principal.

Aucune des différentes possibilités pour remplacer les poumons n´est pour l´instant particulièrement mobile. L´un des problèmes principaux pour les poumons artificiels est qu´ils ne peuvent pas simplement «respirer» l´air, ils doivent aussi être alimentés par des bouteilles d´oxygène, qu´on doit donc déplacer. Des chercheurs autour de Joseph Potkay du département d´électrotechnique et informatique de la Case Western Reserve University à Cleveland, Ohio, nous informent dans le journal Lab on a Chip de la fabrication d´un poumon artificiel qui ne nécessite pas d´apport en oxygène, et qui se contente de l´air inspiré normal.
Cette performance est possible parce que les échanges gazeux se passent de manière fondamentalement plus efficace dans le poumon remplaçant de Potkay que dans les systèmes de remplacement pulmonaire habituels : des tests avec du sang de cochon ont montré que l´absorption d´oxygène est trois à cinq fois plus importante. Si le poumon artificiel de Potkay était ventilé avec de l´air inspiré normal, le taux d´oxygénation du sang pourrait atteindre un seuil qui n´était jusque-là atteint que par administration d´oxygène pur. « En se basant sur le rendement actuel, nous estimons qu´un appareil implanté chez l´être humain devrait avoir une taille de six inches par six inches par quatre inches » selon Potkay. Cela ferait quinze centimètres par quinze centimètres par dix centimètres, qui seraient justement placés dans un thorax. « Ainsi, l´appareil pourrait être raccordé au cœur et n´aurait pas besoin d´avoir sa propre pompe », dit Potkay.

Caoutchouc de silicone plus nanotechnique égal alvéole pulmonaire

La réussite de ce type de projets repose principalement sur les techniques de fabrication. Le poumon artificiel de Potkay est uniquement composé de caoutchouc de silicone, qui sera transformé en une sorte de système capillaire artificiel créé à l´aide de méthodes de productions utilisées en micro- et nanotechnologies. La dimension des capillaires ainsi que l’épaisseur de la membrane qui sépare le compartiment sanguin capillaire pulmonaire et l´espace alvéolaire ressemble à ce qui existe naturellement dans le corps humain. Par exemple, le diamètre du plus petit « capillaire » en caoutchouc de silicone est plus petit que le quart du diamètre d´un cheveu.

Le résultat est d´une part une distance de diffusion très courte et d´autre part un rapport très élevé entre la surface et le volume. Les deux ont des propriétés qui se distinguent de celles d´un poumon réel. Les fabricants de poumons artificiels ne doivent pas trop s´occuper des échanges gazeux eux-mêmes : comme dans le modèle naturel, l’oxygène et le dioxyde de carbone suivent leurs gradients respectifs de pression partielle à travers de minces membranes de diffusion.

Le problème du poumon artificiel n’est cependant pas encore résolu définitivement avec le prototype développé par Potkay. Ce dernier ne s´avance pas, et estime qu´il faudra encore que s´écoulent entre huit et dix ans pour qu´un poumon artificiel basé sur sa technologie puisse être implanté chez l´être humain dans le cadre d´études cliniques. A ce moment-là, le raccordement du système capillaire sur la circulation sanguine ne devrait être que le plus petit problème. Il existe en ce moment quelques expériences sur ce thème, notamment dans le secteur de la recherche sur le cœur artificiel.

Le plus difficile devrait être l´ajustement mécanique du poumon dans le thorax. Un poumon artificiel qui respire de l´air, c´est bien joli. Mais une telle construction ne devient mobile que lorsqu´on parvient à la connecter à la mécanique respiratoire. Ce n´est que dans ce cas que les bouteilles peuvent être reléguées à la maison. A l´aide de la musculature de la respiration, le poumon artificiel, localisé dans la cavité pleurale fermée et hermétique, devra être assez élastique pour permettre à suffisamment d´oxygène d´être aspiré à travers l´air passant la trachée. Et par la suite, il ne doit pas non plus complètement collapser, mais seulement de manière à ce que la ré-ouverture ne demande pas beaucoup de travail respiratoire. La biocompatibilité est aussi bien sûr un thème important, lorsque l´appareil sera réellement implanté dans le thorax. Il y a encore beaucoup à faire sur le chemin de la respiration bionique complète.

6 note(s) (3.17 ø)
Non classé

Comments are exhausted yet.



Langue:
Suivre DocCheck: