Les maladies respiratoires sont la troisième cause de décès dans le monde et la transplantation pulmonaire reste le seul remède pour les patients atteints d'une maladie pulmonaire en phase terminale. Malgré les avancées dans le domaine, la transplantation pulmonaire reste limitée par la faible disponibilité d'organes donneurs sains, et la plupart des poumons donneurs ne peuvent pas être utilisés en raison de blessures graves mais potentiellement réversibles. Actuellement, une méthode connue sous le nom ex vivo la perfusion pulmonaire (EVLP) est utilisée pour fournir un soutien pulmonaire à l'extérieur du corps et récupérer les poumons des donneurs de qualité marginale avant la transplantation. Cependant, EVLP ne fournit qu'une durée limitée de six à huit heures de soutien, un temps trop court pour récupérer la majorité des poumons des donneurs gravement endommagés.
Une équipe multidisciplinaire de Columbia Engineering et de l'Université Vanderbilt a maintenant démontré que les poumons des donneurs gravement blessés qui ont été refusés pour une transplantation peuvent être récupérés à l'extérieur du corps par un système qui utilise la circulation croisée de sang total entre le poumon du donneur et un hôte animal. Pour la première fois, un poumon humain gravement blessé qui n'a pas récupéré à l'aide de l'EVLP clinique standard a été récupéré avec succès pendant 24 heures sur la plateforme de circulation croisée de l'équipe. L'étude est publiée aujourd'hui dans Médecine de la nature.
Les enquêteurs, dirigés par Gordana Vunjak-Novakovic, professeur d'université et professeur de génie biomédical et de sciences médicales de la Fondation Mikati à Columbia Engineering, et Matthew Bacchetta, directeur chirurgical du Vanderbilt Lung Institute, ont attribué l'accomplissement de cette étape importante au milieu physiologique. et la régulation systémique que leur plate-forme unique fournit aux poumons humains explantés.
« C'est la mise à disposition de mécanismes de réparation biologique intrinsèque sur des périodes suffisamment longues qui nous a permis de récupérer des poumons gravement endommagés qui ne pourraient pas être sauvés autrement », ont déclaré les principaux auteurs de l'étude, Ahmed Hozain (chercheur en chirurgie à Columbia Engineering) et John. O'Neill (chercheur associé adjoint à Columbia Engineering).
Au cours des huit dernières années, les chercheurs ont développé leur méthode radicalement nouvelle pour fournir plus de poumons aux patients qui ont un besoin urgent de transplantation d'organes. En 2017, ils ont démontré la faisabilité d'un support de circulation croisée de poumons entiers à l'extérieur du corps. En 2019, ils ont démontré l'efficacité de la circulation croisée en régénérant les poumons de porcs gravement endommagés, et en 2020, ils ont réussi à prolonger la durée du soutien de la circulation croisée à quatre jours sans précédent.
Maintenant, dans ce nouveau document, l'équipe montre que les poumons humains explantés, déjà refusés pour la transplantation, peuvent être récupérés sur leur plate-forme de circulation croisée, ce qui a réussi à maintenir l'intégrité pulmonaire et a entraîné une récupération pulmonaire fonctionnelle. Au cours des 24 heures de circulation croisée, l'équipe a constaté des améliorations substantielles de la viabilité cellulaire, de la qualité des tissus, des réponses inflammatoires et, surtout, de la fonction respiratoire.
« Nous avons pu récupérer un poumon donneur qui n'a pas réussi à récupérer sur le plan clinique ex vivo système de perfusion pulmonaire, qui est la norme de soins actuelle. Il s'agit de la validation la plus rigoureuse de notre plateforme de circulation croisée à ce jour, montrant une grande promesse pour son utilité clinique « , a déclaré Vunjak-Novakovic.
Ce poumon donneur particulier présentait un gonflement persistant et une accumulation de liquide qui ne pouvaient pas être résolus, et il a été refusé pour la transplantation par plusieurs centres de transplantation et finalement proposé pour la recherche. Au moment où l'équipe a reçu ce poumon, elle avait connu deux périodes d'ischémie froide qui totalisaient 22,5 heures, plus cinq heures de traitement EVLP clinique. Remarquablement, après 24 heures de circulation croisée, le poumon a montré une récupération fonctionnelle.
Vunjak-Novakovic a noté que la taille et le profil de leur équipe de recherche multi-institutionnelle; 25 chercheurs ayant une expertise en bio-ingénierie, chirurgie, immunologie, cellules souches et diverses disciplines cliniques- reflètent la complexité de ce projet translationnel.
Zachary Kon, directeur du programme de transplantation pulmonaire, NYU Langone Health, qui n'était pas impliqué dans l'étude, a déclaré: « En tant que chirurgien en transplantation pulmonaire, j'ai vu de nombreux patients ne pas recevoir de transplantation pulmonaire dont ils avaient désespérément besoin. Je trouve ce travail fascinant et j'espère cette technologie rendra plus de poumons de donneurs disponibles. «
Les chercheurs soulignent que plus de travail doit être fait avant que la circulation croisée puisse devenir une réalité clinique. Pour l'application clinique de la plateforme de circulation croisée, ils envisagent deux scénarios cliniques pour l'application de la plateforme de circulation croisée, qu'ils envisagent de poursuivre. Une approche consiste à traduire directement la méthode démontrée dans cette nouvelle étude, avec le poumon du donneur humain récupéré par circulation croisée « xénogénique » avec un hôte animal de qualité médicale, sans pathogène. À cette fin, la sécurité, la faisabilité, les profils de risque et les résultats de la circulation croisée xénogénique devront être évalués dans un grand nombre de poumons.
Une autre approche est que les patients gravement malades qui attendent déjà une transplantation sur un support pulmonaire artificiel pourraient servir d'hôte à circulation croisée pour récupérer un poumon donneur blessé, qu'ils recevraient pour la transplantation dès que l'organe se rétablit. Comme décrit dans l'article, la plateforme de circulation croisée xénogénique peut également servir d'outil de recherche pour étudier la régénération des organes, l'immunologie des greffes et le développement de nouvelles thérapies.
Pour l'avenir, les chercheurs espèrent étendre les avantages de leur plateforme de circulation croisée à la récupération d'autres organes humains, notamment le foie, le cœur, les reins et les membres.
