Près de 90 000 patients aux États-Unis attendent une greffe de rein vitale, mais seulement environ 25 000 greffes de rein ont été réalisées l’an dernier. Des milliers de personnes meurent chaque année en attendant. D’autres ne sont pas des candidats à la greffe appropriés.
Un demi-million de personnes sont sous dialyse, la seule alternative de greffe pour les personnes souffrant d’insuffisance rénale. Cela a un impact considérable sur leur travail, leurs relations et leur qualité de vie.
Des chercheurs de Le projet Rein espère résoudre cette crise de santé publique avec une approche futuriste : un rein bioartificiel implantable. Cet espoir se rapproche lentement de la réalité. Les premiers prototypes ont été testés avec succès dans le cadre de recherches précliniques et des essais cliniques pourraient être à venir.
Actualités médicales Medscape s’est entretenu avec deux chercheurs qui ont eu l’idée : le néphrologue William Fissell, MD, de l’Université Vanderbilt à Nashville, et Shuvo Roy, PhD, ingénieur biomédical à l’Université de Californie à San Francisco. Cette interview a été modifiée pour plus de longueur et de clarté.
Medscape : Pourriez-vous résumer le problème clinique de l’insuffisance rénale chronique ?
Guillaume Fissell: Le traitement par dialyse, bien que salvateur, est incomplet. Des reins sains font une variété de choses que la dialyse ne peut pas fournir. La greffe est absolument le meilleur remède, mais les organes des donneurs sont extrêmement rares. Notre objectif a été de développer un rein de donneur universel produit en masse pour rendre la question de la rareté – pénurie de temps, rareté des ressources, rareté de l’argent, rareté des organes du donneur – non pertinente.
Envisagez-vous votre rein bioartificiel implantable comme une passerelle vers la transplantation ? Ou peut-il être encore plus, comme un organe bionique, aussi bon qu’un organe naturel et donc meilleur qu’une greffe ?
Shuvo Roy: Nous y voyons d’abord une passerelle vers la greffe, ou une meilleure option que la dialyse pour ceux qui n’obtiendront jamais de greffe. Nous n’essayons pas de créer « l’homme à six millions de dollars ». L’objectif est d’empêcher les patients de subir une dialyse, afin d’offrir une partie, mais probablement pas la totalité, des avantages d’une greffe de rein dans un dispositif produit en série que tout le monde peut recevoir.
Fissell: La technologie est destinée aux personnes au stade 5 de l’insuffisance rénale, le stade final, lorsque les reins sont défaillants, et la dialyse est la seule option pour maintenir la vie. Nous voulons faire de la dialyse une chose du passé, mettre des appareils de dialyse dans des musées comme le poumon d’acier, qui était si vital pour maintenir les gens en vie il y a plusieurs décennies, mais qui est pour la plupart obsolète aujourd’hui.
Comment vous est venue cette idée ? Comment avez-vous commencé à travailler ensemble ?
Roy: Je venais de débuter ma carrière d’ingénieur biomédical de recherche lorsque j’ai rencontré le Dr William Fissell, qui envisageait alors une carrière en néphrologie. Il m’a ouvert les yeux sur les problèmes rencontrés par les patients atteints d’insuffisance rénale. Au fil de nos discussions, nous avons rapidement réalisé que même si nous pouvions améliorer les appareils de dialyse, les patients avaient besoin et méritaient quelque chose de mieux – un traitement qui améliore leur santé tout en leur permettant de garder un emploi, de voyager facilement et de consommer de la nourriture et des boissons sans restrictions. Fondamentalement, quelque chose qui fonctionne plus comme une greffe de rein.
En quoi le rein artificiel diffère-t-il de la dialyse ?
Fissell: La dialyse est un traitement intermittent stop-and-start. Le rein artificiel est un traitement continu, 24 heures sur 24. Il y a quelques avantages à cela. La première est que vous pouvez maintenir l’équilibre hydrique de votre corps. En dialyse, vous vous débarrassez de 2 à 3 jours de liquide en quelques heures, ce qui est très stressant pour le cœur et peut-être aussi pour le cerveau. Le deuxième avantage est que les patients pourront suivre un régime alimentaire normal. Certains déchets qui sont des sous-produits de notre apport nutritionnel tardent à quitter le corps. Ainsi, en dialyse, nous restreignons sévèrement le régime alimentaire et ajoutons des médicaments pour absorber le surplus de phosphore. Avec un traitement continu, vous pouvez équilibrer l’excrétion et l’absorption.
L’autre aspect est que la dialyse nécessite une immense quantité de produits jetables. Des centaines de litres d’eau par patient et par traitement, des centaines de milliers de cartouches de dialyse et de poches intraveineuses chaque année. Le rein artificiel n’a pas besoin d’approvisionnement en eau, de sorbant jetable ou de cartouches.
Comment fonctionne le rein artificiel ?
Fissell: Tout comme un rein sain. Nous avons une unité qui filtre le sang afin que des globules rougesglobules blancs, plaquettesdes anticorps, albumine – toutes les bonnes choses que votre corps a travaillé dur pour synthétiser – restent dans le sang, mais une soupe aqueuse de toxines et de déchets est séparée. Dans une deuxième unité, appelée bioréacteur, les cellules rénales concentrent ces déchets et ces toxines dans l’urine.
Roy: Nous avons utilisé une technologie appelée micro-usinage du silicium pour inventer une membrane entièrement nouvelle qui imite les filtres d’un rein sain. Il filtre le sang en utilisant simplement le cœur du patient comme pompe. Pas de moteurs électriques, pas de batteries, pas de fils. Cela nous permet d’avoir quelque chose qui est complètement implanté.
Nous avons également développé une culture cellulaire de cellules rénales qui fonctionnent dans un rein artificiel. Normalement, les cellules d’une boîte n’adoptent pas complètement les caractéristiques d’une cellule du corps. Nous avons examiné la littérature sur l’impression 3D d’organes. Nous avons appris qu’en plus du flux de fluide, les échafaudages rigides, comme les boîtes de culture cellulaire, déclenchent des signaux spécifiques qui empêchent les cellules de fonctionner. Nous avons surmonté cela en examinant le microenvironnement physique des cellules – pas les hormones et les protéines, mais plutôt les principes fondamentaux de l’environnement de laboratoire. Par exemple, la plupart des organes sont mous, mais les plats de laboratoire en plastique sont durs. En utilisant des outils qui reproduisaient la douceur et l’écoulement des fluides d’un rein sain, remarquablement, ces cellules fonctionnaient mieux que sur un plat en plastique.
Les patients auraient-ils besoin de médicaments immunosuppresseurs ou anticoagulants ?
Fissell: Ils n’auraient pas besoin non plus. La structure et la chimie de l’appareil empêchent le sang de coaguler. Et les membranes de l’appareil constituent une barrière physique entre le système immunitaire de l’hôte et les cellules du donneur, de sorte que le corps ne rejette pas l’appareil.
Quel est l’état de la technologie maintenant?
Fissell: Nous avons montré la fonction des filtres et la fonction des cellules, à la fois séparément et ensemble, dans des tests précliniques in vivo. Ce que nous devons maintenant faire, c’est construire des dispositifs de qualité clinique et effectuer des tests de stérilité et de biocompatibilité pour lancer un essai sur l’homme. Cela va nécessiter entre 12 et 15 millions de dollars pour la fabrication d’appareils.
C’est donc plus une question d’argent que de temps jusqu’aux premiers essais cliniques ?
Roy: Oui, exactement. Nous n’aimons pas dire qu’un essai clinique commencera telle ou telle année. Dès le début du projet, nos ressources ont été limitées.
Sources:
William Fissell, MD, néphrologue, Université Vanderbilt
Shuvo Roy, PhD, ingénieur biomédical, Université de Californie à San Francisco
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