New York, NY 1Le 10 juillet 2020 diseaseLes 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 progrès dans le domaine, la transplantation pulmonaire reste limitée par la faible disponibilité d’organes de donneurs sains, et la plupart des poumons de donneurs ne peuvent pas être utilisés en raison de blessures graves mais potentiellement réversibles. Actuellement, une méthode connue sous le nom de perfusion pulmonaire ex vivo (EVLP) est utilisée pour fournir un soutien pulmonaire à l’extérieur du corps et récupérer des poumons de donneur de qualité marginale avant la transplantation. Cependant, l’EVLP ne fournit qu’une durée limitée de six à huit heures de soutien – un temps trop court pour récupérer la majorité des poumons du donneur gravement endommagés.
Une équipe multidisciplinaire de Columbia Engineering et de l’Université Vanderbilt a maintenant démontré que des poumons de donneur gravement blessés qui ont été refusés pour une greffe peuvent être récupérés à l’extérieur du corps par un système qui utilise la circulation croisée du sang total entre le poumon du donneur et un hôte animal. Pour la première fois, un poumon humain gravement blessé qui n’a pas réussi à se rétablir à l’aide de la EVLP clinique standard a été récupéré avec succès pendant 24 heures sur la plate-forme de circulation croisée de l’équipe. L’étude est publiée aujourd’hui dans Nature Medicine.
Les chercheurs, 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 leur étape majeure au milieu physiologique et à la régulation systémique que leur plate-forme unique fournit aux poumons humains explantés.
« C’est la fourniture de mécanismes de réparation biologiques intrinsèques sur des périodes suffisamment longues qui nous a permis de récupérer des poumons gravement endommagés qui ne peuvent autrement être sauvés », ont déclaré les auteurs principaux de l’étude, Ahmed Hozain (chercheur en chirurgie chez Columbia Engineering) et John O’Neill (chercheur associé adjoint chez Columbia Engineering).
Au cours des huit dernières années, les chercheurs ont développé leur méthode radicalement nouvelle pour fournir plus de poumons aux patients ayant 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 des poumons de porc gravement endommagés, et en 2020, ils ont réussi à prolonger la durée du soutien à la circulation croisée à quatre jours sans précédent.
Maintenant, dans ce nouvel article, 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. Tout au long 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 de donneur qui ne s’est pas rétabli sur le système de perfusion pulmonaire ex vivo clinique, qui est la norme de soins actuelle. Il s’agissait de la validation la plus rigoureuse de notre plateforme de circulation croisée à ce jour, très prometteuse pour son utilité clinique « , a déclaré Vunjak-Novakovic.
Ce poumon de donneur particulier a montré un gonflement persistant et une accumulation de liquide qui n’ont pas pu être résolus, et il a été refusé pour la transplantation par plusieurs centres de transplantation et finalement offert pour la recherche. Au moment où l’équipe a reçu ce poumon, elle avait connu deux périodes d’ischémie froide totalisant 22,5 heures, plus cinq heures de traitement clinique EVLP. 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 bioingénierie, en chirurgie, en immunologie, en cellules souches et dans diverses disciplines cliniques – reflètent la complexité de ce projet translationnel.
Zachary Kon, Directeur du Programme de transplantation pulmonaire, NYU Langone Health, qui n’a pas participé à l’étude, a commenté: « En tant que chirurgien de transplantation pulmonaire, j’ai vu de nombreux patients ne pas recevoir de greffes pulmonaires dont ils avaient désespérément besoin. Je trouve ce travail intrigant et j’espère que 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 plate-forme de circulation croisée, ils envisagent deux scénarios cliniques pour l’application de la plate-forme de circulation croisée, qu’ils envisagent de poursuivre. Une approche consiste à traduire directement la méthode démontrée dans cette nouvelle étude, avec le poumon de donneur humain récupéré par circulation croisée « xénogénique » avec un hôte animal de qualité médicale, exempt d’agents pathogènes. À cette fin, l’innocuité, 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 en attente de transplantation sur support pulmonaire artificiel pourraient servir d’hôte à circulation croisée pour récupérer un poumon de donneur blessé, qu’ils recevraient pour transplantation dès que l’organe se rétablit. Comme décrit dans l’article, la plate-forme 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 thérapeutiques.
À l’avenir, les chercheurs espèrent étendre les avantages de leur plate-forme de circulation croisée à la récupération d’autres organes humains, y compris le foie, le cœur, les reins et les membres.
À propos de l’étude
L’étude est intitulée « Circulation croisée xénogénique pour la récupération extracorporelle des poumons humains blessés. »
Les auteurs sont: Ahmed E. Hozain, 1, 2, John D. O’Neill1, Meghan R. Pinezich1, Yuliya Tipograf2, Rachel Donocoff3, Katherine M. Cunningham1, Andrew Tumen4, Kenmond Fung5, Rei Ukita4, Michael Simpson2, Jonathan A. Reimer1,2, Edward C. Ruiz1, Dawn Queen6, John W. Stokes4, Nancy L. Cardwell4, Jennifer Talackine4, Jinho Kim7, Hans-Willem Snoeck8,9, Ya-Wen Chen8,10, Alexander Romanov3, Charles C. Marboe11, Adam D. Griesmer9, Brandon A. Guenthart1, 12, Matthew Bacchetta1,4, 16, 17 et Gordana Vunjak-Novakovic1,8
1 Département de Génie Biomédical, Université Columbia
2 Département de Chirurgie, Centre Médical de l’Université Columbia
3 Institut de Médecine Comparée, Centre Médical de l’Université Columbia
4 Département de Chirurgie Thoracique, Université Vanderbilt
5 Département de Perfusion Clinique, Centre Médical de l’Université Columbia
6 Collège des médecins et chirurgiens Vagelos, Centre médical de l’Université Columbia
7 Département de Génie biomédical, Institut Stevens de Technologie
8 Département de Médecine, Centre Médical de l’Université de Columbia
9 Département de Microbiologie et d’Immunologie, Centre Médical de l’Université de Columbia
10 Centre de Développement Humain de Columbia, Centre Médical de l’Université de Columbia
11 Département de Médecine, Université de Californie du Sud
12 Département de Biologie des Cellules Souches et de Médecine Régénérative, Université de Californie du Sud
13 Département de Pathologie et de Biologie Cellulaire, Centre Médical de l’Université de Columbia
14 pour l’immunologie translationnelle, Centre médical de l’Université Columbia
15 Département de Chirurgie Cardiothoracique, Université de Stanford
16 Département de Chirurgie Cardiaque, Université Vanderbilt
17 Département de Génie biomédical, Université Vanderbilt
L’étude a été soutenue par des subventions des National Institutes of Health (HL134760, EB27062, HL120046, HL007854), de la Fondation Blavatnik et de la Fondation Mikati.
Les auteurs ne déclarent aucun intérêt financier concurrent.
LIENS:
Papier: http://dx.doi.org/10.1038/s41591-020-0971-8
DOI: 10.1038/s41591-020-0971-8
Visuels: https://www.dropbox.com/sh/7m2yioy1os5y1s8/AAD5zY039z9a84f4CCPTV9wva?dl=0
https://engineering.columbia.edu/
https://bme.columbia.edu/gordana-vunjak-novakovic
https://bme.columbia.edu/
https://bme.columbia.edu/
https://www.nature.com/articles/s41551-017-0037
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09908-1
https://www.jtcvs.org/article/S0022-5223(19)32146-4/fulltext
Columbia Engineering
Columbia Engineering, based in New York City, is one of the top engineering schools in the U.S. and one of the oldest in the nation. Également connue sous le nom de Fu Foundation School of Engineering and Applied Science, l’École élargit les connaissances et fait progresser la technologie grâce à la recherche pionnière de ses plus de 220 professeurs, tout en éduquant les étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs dans un environnement collaboratif pour devenir des leaders informés par une fondation ferme en ingénierie. Les professeurs de l’École sont au centre des recherches interdisciplinaires de l’Université, contribuant au Data Science Institute, au Earth Institute, au Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, à l’Initiative de médecine de précision et à l’Initiative Columbia Nano. Guidée par sa vision stratégique, « Columbia Engineering for Humanity », l’École vise à traduire les idées en innovations qui favorisent une humanité durable, saine, sûre, connectée et créative.
