Le poumon est un organe vital dont les pathologies au stade terminal peuvent induire une insuffisance d’oxygénation et de retrait du gaz carbonique, mais aussi une insuffisance circulatoire avec une défaillance cardiaque droite secondaire. L’oxygénateur sanguin macroscopique type ECMO (ExtraCorporeal Membrane Oxygenation) est une option thérapeutique, actuellement utilisée en unité de soins intensifs qui a pour but de pallier temporairement les insuffisances respiratoires, mais dont la durée d’utilisation ne peut excéder 20 jours en raison du phénomène de coagulation ce qui rend compliqué l’attente de greffe.
L’objectif du projet BioArtLung financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR -RHU) est de développer une méthode durable d’assistance respiratoire basée sur des technologies de microfabrication. La mise au point d’un oxygénateur microfluidique miniaturisé portable pouvant être utilisé pendant plusieurs mois ajouterait une nouvelle solution thérapeutique aux patients qui attendent une transplantation pulmonaire.
Dans le domaine des oxygénateurs microfluidiques, maximiser l'efficacité des échanges gazeux tout en augmentant le débit sanguin reste un défi majeur, car son utilisation sur l’homme oblige d’être capable de traiter de gros volumes de sang. Les microfluidiciens du C2N (J. Lachaux, G. Hwang et A-M. Haghiri-Gosnet) ont conçu un oxygénateur microfluidique de 10 centimètres de diamètre, qui permet de maximiser la surface d'échange de gaz et d’empiler plusieurs niveaux pour améliorer le débit maximal de sang à traiter. Cet oxygénateur microfluidique est fabriqué par un assemblage couche par couche basé sur une méthode de collage humide brevetée [hal-03318568v1]. L’empilement de plusieurs tricouches permet d’atteindre des débits de sang très élevés. Les grandes performances du dispositif empilé en termes d’oxygénation et de décarbonatation du sang proviennent de l’architecture conçue pour faciliter les échanges de gaz, mais aussi de la finesse de la membrane en PDMS (épaisseur de 15 microns), qui peut résister à des hauts débits sanguins grâce au collage optimisé. La géométrie du réseau vasculaire respecte aussi les lois naturelles des vaisseaux sanguins, ce qui permet de réduire la contrainte de cisaillement, favorisant une endothélialisation durable avec des cellules progénitrices maintenues en vie jusqu'à 2 semaines après l'ensemencement initial.
Ce projet, coordonné par le Pr. Olaf Mercier, directeur du laboratoire de recherche clinique et chirurgien thoracique (transplantation poumon) de l’hôpital Marie Lannelongue (HML), est porté par une collaboration composée de 5 laboratoires de recherche, dont le C2N, deux laboratoires de l’INSERM (unité 1197 et 1176), deux laboratoires du CEA (LITEN et LEMM) et le laboratoire d’hydrodynamique (LadHyX). Grâce à son expérience en microfluidique, le C2N est un acteur majeur du consortium autour de la conception et l’étude d’un oxygénateur adapté aux contraintes médicales.
Ces résultats qui font l’état de l’art en termes d’efficacité d'échange de gaz et de volume d’amorçage réduit viennent d’être publiés dans « Lab-on-a-Chip » [A compact integrated microfluidic oxygenator with high gas exchange efficiency and compatibility for long-lasting endothelialization, Lab on a Chip, Royal Society of Chemistry, In press hal-03318488v1].
Contact : Julie Lachaux et Anne-Marie Haghiri
> Consulter l'article paru dans Lab-on-a-chip
DOI: 10.1039/d1lc00356a
> Sculpter la matière - Film CNRS Images
