Des chercheurs de l’Université Northwestern ont développé le premier dispositif électronique permettant de surveiller en permanence la santé des organes transplantés en temps réel.
Installé directement sur un rein transplanté, l’implant ultrafin et souple peut détecter les irrégularités de température associées à l’inflammation et à d’autres réponses corporelles qui surviennent en cas de rejet de greffe. Ensuite, il alerte le patient ou le médecin en diffusant sans fil les données vers un smartphone ou une tablette à proximité.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont testé le dispositif sur un petit modèle animal avec des reins transplantés et ont découvert que le dispositif détectait les signes avant-coureurs de rejet jusqu’à trois semaines plus tôt que les méthodes de surveillance actuelles. Ce délai supplémentaire pourrait permettre aux médecins d’intervenir plus tôt, améliorant ainsi les résultats et le bien-être des patients, ainsi que les chances de conserver les organes donnés, qui sont de plus en plus précieux en raison de la demande croissante dans un contexte de crise de pénurie d’organes.
L’étude sera publiée vendredi 8 septembre dans la revue Science.
Le rejet peut survenir à tout moment après une greffe – ; immédiatement après la greffe ou des années plus tard. Il est souvent silencieux et les patients peuvent ne pas ressentir de symptômes, ont indiqué les auteurs de l’étude.
« J’ai remarqué que beaucoup de mes patients ressentent une anxiété constante – ne sachant pas si leur corps rejette ou non l’organe transplanté », a déclaré le Dr Lorenzo Gallon, néphrologue spécialisé en transplantation chez Northwestern Medicine, qui a dirigé la partie clinique de l’étude. « Ils ont peut-être attendu des années pour une greffe et finalement en ont reçu une d’un proche ou d’un donneur décédé. Ils passent ensuite le reste de leur vie à s’inquiéter de la santé de cet organe. Notre nouvel appareil pourrait offrir une certaine protection et une surveillance continue. pourrait apporter réconfort et tranquillité d’esprit.
John A. Rogers de Northwestern, pionnier de la bioélectronique qui a dirigé le développement du dispositif, a déclaré qu’il était essentiel d’identifier les événements de rejet dès qu’ils se produisent.
Si le rejet est détecté tôt, les médecins peuvent administrer des thérapies anti-rejet pour améliorer la santé du patient et l’empêcher de perdre l’organe donné. Dans le pire des cas, si le rejet est ignoré, cela pourrait mettre la vie en danger. Plus tôt vous pourrez détecter le rejet et engager des thérapies, mieux ce sera. Nous avons développé cet appareil dans cet esprit. »
John A. Rogers, Université Northwestern
« Chaque individu réagit différemment à la thérapie anti-rejet », a déclaré Surabhi Madhvapathy, chercheur postdoctoral au laboratoire de Rogers et premier auteur de l’article. « La surveillance en temps réel de la santé de l’organe transplanté du patient est une étape cruciale vers un dosage et une médecine personnalisés. »
Gallon est également professeur de néphrologie, d’hypertension et de transplantation d’organes à la Feinberg School of Medicine de l’Université Northwestern. Rogers est professeur Louis Simpson et Kimberly Querrey de science et d’ingénierie des matériaux, de génie biomédical et de chirurgie neurologique à la McCormick School of Engineering de Northwestern et directeur de l’Institut Querrey Simpson pour la bioélectronique (QSIB). Gallon et Rogers ont codirigé l’étude avec le Dr Jenny Zhang, professeur-chercheur en transplantation d’organes à Feinberg.
Sommaire
Défis actuels en matière de surveillance
Pour les plus de 250 000 personnes aux États-Unis vivant avec un rein greffé, surveiller la santé de leur organe est un voyage continu. Le moyen le plus simple de surveiller la santé rénale consiste à mesurer certains marqueurs dans le sang. En suivant les taux de créatinine et d’urée sanguine du patient, les médecins peuvent mieux comprendre la fonction rénale. Mais les niveaux de créatinine et d’urée sanguine peuvent fluctuer pour des raisons non liées au rejet d’organes, de sorte que le suivi de ces biomarqueurs n’est ni sensible ni spécifique, conduisant parfois à des faux négatifs ou positifs.
Le « étalon-or » actuel pour détecter le rejet est une biopsie, dans laquelle un médecin utilise une longue aiguille pour extraire un échantillon de tissu de l’organe transplanté, puis analyse l’échantillon à la recherche de signes de rejet imminent. Mais les procédures invasives telles que les biopsies comportent des risques de complications multiples, notamment des saignements, des infections, des douleurs et même des dommages accidentels aux tissus voisins.
« Les délais d’exécution peuvent être assez longs, et ils sont limités en fréquences de surveillance et nécessitent une analyse hors site », a déclaré Gallon. « Cela peut prendre quatre ou cinq jours pour obtenir des résultats. Et ces quatre ou cinq jours pourraient être cruciaux pour prendre une décision rapide concernant les soins du patient. »
Durée et température
Le nouvel implant bioélectronique de Northwestern, en revanche, surveille quelque chose de beaucoup plus simple et fiable : la température. Étant donné que les augmentations de température accompagnent généralement l’inflammation, les chercheurs ont émis l’hypothèse que la détection d’augmentations anormales de température et de variations inhabituelles de température pourrait constituer un signe avant-coureur d’un rejet potentiel de greffe.
L’étude animale l’a confirmé. Dans l’étude, les chercheurs ont remarqué que la température locale d’un rein transplanté augmente – ; parfois jusqu’à 0,6 degrés Celsius – ; événements de rejet précédents.
Chez les animaux sans médicaments immunosuppresseurs, la température a augmenté deux ou trois jours avant que les biomarqueurs ne changent dans les échantillons de sang. Chez les animaux prenant des médicaments immunosuppresseurs, la température a non seulement augmenté, mais a également présenté des variations supplémentaires jusqu’à trois semaines avant l’augmentation de la créatinine et de l’azote uréique du sang.
« La température des organes fluctue au cours d’un cycle quotidien dans des circonstances normales », a déclaré Madhvapathy. « Nous avons observé des variations anormales de température à plus haute fréquence survenant sur des périodes de 8 et 12 heures en cas de rejet de greffe. »
Gallon a déclaré : « Des dommages histologiques se produisent même lorsque la créatinine est normale. Même si la fonction rénale semble normale, les signes de rejet dans le sang peuvent être en retard de quelques jours. »
Non seulement le nouvel appareil détecte les signes de rejet plus tôt que les autres méthodes, mais il offre également une surveillance continue et en temps réel. Juste après une greffe, les patients peuvent subir des analyses de sang plus d’une fois par semaine. Mais avec le temps, les analyses de sang deviennent moins fréquentes, laissant les patients dans le noir pendant des semaines.
Le patient « marche sur la corde raide »
Le Dr Joaquin Brieva, dermatologue de Northwestern Medicine, est familier avec l’attente et l’interrogation. Née avec une forme congénitale de maladie rénale, Brieva a reçu une greffe de rein en septembre 2022.
« Dans les deux jours suivant ma greffe, ma fonction rénale était revenue à la normale », a déclaré Brieva, qui n’a pas participé à l’étude. « Mais ensuite, vous vous inquiétez de la possibilité d’un rejet du rein. C’est pourquoi vous utilisez ces puissants médicaments et stéroïdes anti-rejet. Vous marchez sur la corde raide de l’anxiété concernant les infections, les complications liées aux médicaments, les divers effets secondaires et le rejet du rein. Vous pouvez gérer une partie de ce problème en ajustant vos médicaments, mais le rejet du rein reste répandu. Votre rein greffé est extrêmement précieux, c’était donc ma plus grande préoccupation.
« Ce n’est pas comme si nous pouvions simplement tripler ou quadrupler les médicaments anti-rejet pour éviter un rejet, car ces médicaments comportent leurs propres risques », a déclaré Gallon. « Les immunosuppresseurs peuvent affaiblir l’ensemble du système immunitaire et sont associés à des infections, voire au cancer. Nous ne voulons pas augmenter les doses à moins qu’il n’y ait un signe indiquant que nous en avons absolument besoin. »
Pour Brieva, qui a perdu neuf membres de sa famille à cause d’une insuffisance rénale, et pour d’autres receveurs d’organes, un dispositif qui surveille en permanence la santé des organes pourrait aider à éviter les médicaments inutiles tout en offrant une tranquillité d’esprit indispensable.
« Avoir cet appareil serait rassurant », a-t-il déclaré. « Il peut détecter tout changement soudain dans la transplantation rénale et détecter un rejet aigu, qui ne donne actuellement aucun signe avant-coureur. »
À propos de l’appareil
Le capteur lui-même est minuscule. Avec seulement 0,3 centimètre de large, 0,7 centimètre de long et 220 microns d’épaisseur, il est plus petit qu’un petit ongle et a environ la largeur d’un seul cheveu. Pour le fixer au rein, Rogers et son équipe ont profité de la biologie naturelle de l’organe. Le rein entier est encapsulé par une couche fibreuse, appelée capsule rénale, qui protège l’organe des dommages. L’équipe de Rogers a conçu le capteur pour qu’il s’adapte juste sous la couche de capsule, là où il repose confortablement contre le rein.
« La capsule maintient le dispositif en bon contact thermique avec le rein sous-jacent », a déclaré Rogers. « Les corps bougent, il y a donc beaucoup de mouvements à gérer. Même le rein lui-même bouge. Et ce sont des tissus mous sans bons points d’ancrage pour les sutures. Il s’agissait de défis techniques de taille, mais ce dispositif est une interface douce et transparente qui évite de prendre des risques. dommages à l’organe.
L’appareil contient un thermomètre très sensible, capable de détecter des variations de température incroyablement légères (0,004 degrés Celsius) sur le rein – ; et seulement le rein. (Le capteur mesure également le flux sanguin, bien que les chercheurs aient découvert que la température était un meilleur indicateur de rejet.)
Les capteurs sont ensuite connectés à un petit boîtier électronique – ; comprenant une pile bouton miniature pour l’alimentation – ; qui se trouvent à côté du rein et utilisent la technologie Bluetooth pour diffuser des données en continu et sans fil vers des appareils externes.
« Tous les composants électroniques sont enveloppés dans un plastique souple et biocompatible, doux et flexible contre les tissus délicats des reins », a déclaré Madhvapathy. « L’insertion chirurgicale de l’ensemble du système, qui est plus petit qu’un quart, est une procédure simple et rapide. »
« Nous imaginons qu’un chirurgien puisse implanter le dispositif immédiatement après la greffe, alors que le patient est encore dans la salle d’opération », a déclaré Rogers. « Ensuite, il peut surveiller le rein sans nécessiter de procédures supplémentaires. »
Et après?
Après le succès de l’essai sur les petits animaux, les chercheurs testent désormais le système sur un modèle animal plus grand. Rogers et son équipe évaluent également des moyens de recharger la pile bouton afin qu’elle puisse durer toute une vie.
Bien que les principales études aient été menées sur des greffes de rein, les chercheurs supposent que cela pourrait également fonctionner pour d’autres greffes d’organes, notamment le foie et les poumons, ainsi que pour d’autres modèles de maladies.
L’étude, intitulée « Systèmes bioélectroniques implantables pour la détection précoce du rejet d’une greffe de rein », a été soutenue par la National Science Foundation et une bourse de recherche étudiante Alpha Omega Alpha Carolyn L. Kuckein.
