Lorsque les transplantations rénales sont entrées en vigueur dans les années 1950, les patients atteints d'insuffisance rénale chronique (IRC) pouvaient enfin se libérer de la routine implacable des traitements de dialyse purifiants. Un peu plus d'un demi-siècle plus tard, la demande a complètement dépassé l'offre. Les personnes gravement malades languissent depuis des années sur les listes d'attente, tandis que les médecins n'ont d'autre choix que d'accepter les dons de reins endommagés dans une tentative désespérée de sauver des vies.
Les résultats de la transplantation sont si difficiles à prédire que le néphrologue Dr Darren Yuen, de l'hôpital St. Michael à Toronto, le compare à «faire tourner une roue de roulette». Mais les résultats récemment publiés dans JCI Insight préparent le terrain pour révolutionner potentiellement cette dynamique – et donneront aux médecins la possibilité de réinitialiser à terme l'étalon-or du protocole de transplantation.
La recherche est une intégration des connaissances cliniques de Yuen sur la maladie rénale avec l'expertise en physique médicale du Dr Michael Kolios et du Ph.D. de l'Université Ryerson. candidat Eno Hysi et leurs équipes respectives. Yuen et Kolios ont tous deux des laboratoires à l'Institut de génie biomédical, des sciences et de la technologie (iBEST), une collaboration unique entre l'hôpital et l'université, réunissant des experts de domaines de recherche divers et traditionnellement cloisonnés.
La nouvelle méthode de l'équipe est une première mondiale dans l'application de l'imagerie photoacoustique (PA) pour visualiser les cicatrices dans les reins, également connues sous le nom de fibrose, une forme courante de lésion dans les reins des donneurs. Leurs résultats ont produit des images claires de cicatrices rénales quelques heures avant la chirurgie. Au cours de cette fenêtre d'opportunité, une évaluation précise pourrait faire la différence entre l'implantation d'un organe avec une durabilité de plusieurs décennies – ou un échec rapide, renvoyant un patient directement à la dialyse et la liste d'attente de plusieurs années.
Dépistage rénal précis et non invasif
La biopsie à l'aiguille – une procédure douloureuse lourde de risques de saignement – est actuellement la seule méthode pour évaluer la quantité de cicatrices rénales chez les donneurs potentiels. Mais sa fiabilité est entravée par des estimations potentiellement inexactes basées sur une taille d'échantillon de tissu de seulement 1% du rein.
La recherche actuelle prend une voie plus rapide, non invasive et plus complète pour quantifier les lésions rénales, en utilisant plutôt l'imagerie PA. La nouvelle technologie combine laser et ultrasons – une séquence que Hysi compare à la foudre et au tonnerre. « Nous éclairons le tissu rénal, ce qui crée une onde de pression qui peut être entendue à l'aide d'une sonde à ultrasons. »
Les données sonores sont ensuite exécutées via un algorithme propriétaire basé sur une technique appelée démixage spectral.
Chaque type de tissu corporel absorbe la lumière laser colorée d'une manière unique. Le collagène – l'un des principaux composants des cicatrices rénales – absorbe la couleur d'une manière distincte des autres composants du rein. Le démixage spectral révèle les différences. Les cartes générées par la technologie montrent la quantité et la distribution de collagène, de sang ou d'autres tissus – permettant ainsi aux médecins de «voir» la qualité des reins donnés.
« Il n'était pas du tout évident que cela fonctionnerait »
Lorsque Hysi a proposé pour la première fois d'utiliser le démixage spectral pour affiner le collagène, rien dans les connaissances antérieures en physique médicale n'indiquait que l'application était même possible.
En règle générale, pour que la technique fonctionne, vous devez voir de grands pics et des vallées dans la façon dont les composants absorbent la lumière. Mais le collagène est plat, il n'était donc pas du tout évident qu'il fonctionnerait. «
Dr Michael Kolios, Université Ryerson
Hysi a persisté avec une approche contre-intuitive. Avec tant d'autres substances biologiques présentant des pics et des vallées une fois que le mélange spectral est appliqué, le collagène pourrait se démarquer de façon remarquable en raison de sa propre planéité.
Le problème est devenu si intrigant que Hysi a décidé d'explorer cette possibilité parallèlement à ses propres recherches doctorales sur la surveillance du cancer. Deux ans plus tard, les résultats ont validé son hypothèse et les algorithmes propriétaires sont en cours de brevet.
En moins de deux minutes, la nouvelle technique peut générer une image 2D avec suffisamment de détails pour quantifier la cicatrisation totale d'un rein. En 15 minutes, l'imagerie 3D permet de visualiser non seulement les cicatrices globales, mais également sa distribution variée dans le rein.
Potentiel d'impact significatif et étendu
À mesure que la recherche passe aux essais cliniques à l'hôpital St. Michael, Hysi et Yuen évalueront à quel point leurs prédictions sur la qualité des reins reflètent les résultats réels des patients. En cas de succès, leur méthode de notation pourrait avoir un impact significatif sur la pratique de la transplantation et devenir la nouvelle référence en matière d'évaluation rénale.
Les systèmes de santé pourraient permettre d'économiser les 100 000 $ en coûts directs, annuels et par patient pour gérer les patients en dialyse. Mais le plus grand impact est de donner à chaque patient le meilleur rein possible, de le garder hors dialyse et de lui donner une nouvelle vie durable.
Yuen résume le tourbillon de deux ans de recherche: « Je n'ai jamais rien vu de tel auparavant. Des cliniciens et des chercheurs travaillent ensemble et découvrent de si bons résultats en si peu de temps – c'est tout simplement incroyable. »
La source:
Université Ryerson – Faculté des sciences
Référence de la revue:
Hysi, E., et al. (2020) Imagerie photoacoustique de la fibrose rénale pour évaluer la qualité des organes pré-transplantation. JCI Insight. doi.org/10.1172/jci.insight.136995.
