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Les médecins maintiennent les poumons stables pendant 24 heures, ce qu'aucun autre groupe au monde n'avait réussi à faire auparavant. Ce projet bénéficie du soutien financier du gouvernement sarrois.
Le texte suivant a été traduit automatiquement de l'allemand et n'a pas été post-édité.
Le laboratoire de recherche ne rappelle pas seulement une unité de soins intensifs, c'est bel et bien une unité de soins intensifs, mais pour un seul organe. Au milieu de la pièce se trouve une table recouverte d'un champ opératoire bleu, sur laquelle est posée une grande boîte en verre, flanquée de nombreux appareils médicaux : des moniteurs de surveillance affichent des courbes, des câbles et des tuyaux relient une machine cœur-poumon, un respirateur et des pompes à perfusion à la paroi arrière en verre de la boîte. Ses vitres sont tellement embuées par l'humidité à l'intérieur qu'il est d'abord impossible de distinguer le poumon de porc dans sa coque argentée. Ce n'est qu'après qu'une doctorante ait brièvement coupé l'humidification et chassé la buée à l'intérieur que le poumon apparaît progressivement dans la vitrine. Il provient d'un porc âgé de six mois, semble étonnamment grand et se soulève et s'abaisse de manière rythmique lorsqu'il est ventilé.
« Il s'agit d'un organe vivant », souligne le professeur Sascha Kreuer, « nous devons humidifier le poumon en permanence et maintenir son métabolisme en activité. » Ce médecin est professeur à l'Université de la Sarre et dirige le laboratoire d'anesthésiologie expérimentale à la clinique universitaire de la Sarre à Homburg. En collaboration avec le professeur Thomas Volk, directeur de la clinique universitaire d'anesthésiologie, et Christian Bur, expert en systèmes de détection de gaz, Kreuer s'efforce de réduire les essais sur les animaux dans la recherche pharmaceutique et médicale et de les remplacer par le poumon vivant, un nouveau modèle d'essai universel et interdisciplinaire.
L'équipe dirigée par Sascha Kreuer et Thomas Volk est le premier groupe de recherche au monde à avoir réussi, grâce à son procédé innovant, à stabiliser pendant 24 heures des poumons de porc qui auraient autrement fini à la poubelle, en tant qu'organes vivants dotés d'un métabolisme intact. Dans certains cas, cette stabilisation a même duré plus longtemps. « Nous y parvenons généralement pendant 12 à 24 heures. Notre objectif est de continuer à optimiser les processus afin de pouvoir stabiliser les organes pendant 24 heures de manière standard », explique Sascha Kreuer. Cela laisse beaucoup de temps pour les essais. « Les poumons consomment du glucose, ils ont un métabolisme. Cela nous permet de tester leur réaction à des médicaments dans des conditions réelles et de mesurer leur effet dans l'air expiré », explique le médecin.
À quatre heures du matin, lorsque l'équipe de recherche va chercher les poumons chez le boucher, un programme minutieusement élaboré démarre. Les chercheurs consignent également de manière tout aussi minutieuse chacune de leurs étapes, quand tel test est effectué, quand ils administrent tel médicament ou prennent telle mesure pour maintenir la fonction pulmonaire. L'organe est ventilé et irrigué : un dispositif spécial remplace le cœur et pompe du sang de porc chauffé à exactement 37 degrés et déjà enrichi en dioxyde de carbone et en oxygène à travers l'artère pulmonaire jusqu'au réseau dense de minuscules vaisseaux sanguins, avant qu'il ne retourne de la veine pulmonaire dans le réservoir de la pompe.
Plateforme de recherche universelle
Avec ce modèle pulmonaire, nous créons une plateforme de recherche universelle qui nous permet de réaliser des tests plus variés que ce ne serait le cas avec des animaux de laboratoire », explique Thomas Volk, directeur de la clinique et titulaire de la chaire d'anesthésiologie de l'Université de la Sarre. Dans des conditions réelles, il est ainsi possible de tester de nouveaux principes actifs, par exemple ceux qui sont inhalés : pour cela, les médecins nébulisent le produit inhalé directement dans les poumons. L'organe peut également être rincé et la composition du liquide ainsi obtenu peut être analysée. « Nous pouvons également ajouter des principes actifs au sang qui alimente les poumons, puis mesurer leur concentration sans contact dans l'air expiré. Cela nous permet, par exemple, d'étudier le dosage individuel des médicaments à l'aide du modèle et d'élargir les possibilités de surveillance des médicaments », explique Sascha Kreuer.
Jusqu'à présent, les taux de médicaments sont généralement déterminés par des analyses sanguines, ce qui est fastidieux, coûteux et donne des résultats différés. Si le modèle pulmonaire permettait de déterminer si les médicaments passent dans l'air expiré, ce serait un premier pas vers une analyse des gaz respiratoires sans contact, rapide et simple. « Un modèle d'infection pulmonaire serait également possible. Nous pouvons infecter certaines parties de l'organe avec des agents pathogènes afin d'examiner ensuite l'air expiré ou les tissus », ajoute Thomas Volk.
Dans le cadre de leurs recherches, les médecins collaborent avec d'autres disciplines de l'Université de la Sarre. « La coopération avec les chaires de pharmacie clinique et de microbiologie médicale, par exemple, enrichit le projet. Nous élargissons actuellement ces coopérations à d'autres groupes de travail », explique Sascha Kreuer.
Pour le développement de la plateforme de recherche pulmonaire, l'équipe dirigée par Thomas Volk, Sascha Kreuer et Christian Bur a reçu l'année dernière le prix de la recherche sarrois pour la prévention de l'expérimentation animale.
Analyse de l'air expiré
L'analyse de l'air expiré est le domaine de recherche principal du professeur Sascha Kreuer. Après plusieurs années de recherche, il a réussi à optimiser le procédé permettant de mesurer la concentration de propofol, un anesthésique, dans l'air expiré. « Grâce au modèle pulmonaire, nous avons également pu montrer que le propofol peut être métabolisé par les poumons. On le supposait jusqu'à présent, mais cela n'avait pas pu être prouvé », explique Sascha Kreuer. « Nous pouvons généralement mesurer la concentration des principes actifs ou de leurs produits de dégradation dans l'air expiré de notre modèle pulmonaire. Sur cette base, nous calculons la concentration dans le plasma sanguin et tirons des conclusions sur l'effet ou un dosage individualisé », explique le chercheur.
Depuis environ trois ans, l'équipe de recherche développe l'ensemble du nouveau procédé autour de la plateforme de recherche pulmonaire, sans pouvoir s'appuyer sur une expérience préalable. D'une part, les médecins ont élaboré les nombreuses étapes individuelles nécessaires à l'alimentation des poumons. D'autre part, l'équipe a adapté tous les dispositifs techniques à la procédure dans le cadre de ses expériences, jusqu'à l' , en passant par les raccords sur mesure entre la technologie et les poumons et les méthodes de mesure sophistiquées pour analyser l'air expiré. C'est là qu'intervient Christian Bur, ingénieur titulaire d’un doctorat qui mène des recherches à la chaire de métrologie de Sarrebruck dans l'équipe du professeur Andreas Schütze : les ingénieurs sont spécialisés dans la technologie de détection des gaz et l'intelligence artificielle associée.
Système de capteurs de gaz
« Le défi technique lié aux capteurs dans ce projet consiste à mesurer des substances présentes en très faibles concentrations. L'air expiré est un véritable cocktail composé de nombreuses substances gazeuses différentes, du dioxyde de carbone à l'azote, en passant par une multitude de traces infimes de substances qui varient d'un individu à l'autre, chez les humains comme chez les animaux », explique Christian Bur, qui mène des recherches sur de nouveaux systèmes de capteurs de gaz afin de détecter de manière toujours plus précise les composés organiques volatils.
Les organes sensoriels techniques de l'équipe de recherche de Sarrebruck permettent de détecter des molécules individuelles parmi des milliards de molécules d'air : dans tout un univers de particules, ils détectent certaines particules de gaz individuelles et mesurent leur concentration. L'équipe utilise généralement cette technologie pour surveiller les polluants et la pureté de l'air dans les espaces intérieurs, détecter les fuites ou évaluer la qualité des aliments. Christian Bur utilise désormais ces organes sensoriels techniques sophistiqués pour détecter les traces les plus infimes dans le gaz respiratoire du modèle pulmonaire. « Pour ce faire, les capteurs mesurent en continu la concentration de certaines substances et fournissent ainsi des informations sur la quantité expirée au cours d'une période donnée. Nous utilisons pour cela des capteurs de gaz à semi-conducteurs à base d'oxyde métallique. Nous affinons sans cesse l'évaluation des signaux », explique Christian Bur.
De nombreux doctorants et étudiants participent à la recherche, tant sur le plan médical que technique.
Le ministère sarrois des Sciences a déjà accordé deux subventions consécutives à la plateforme de recherche pulmonaire : dans le cadre du programme régional de promotion de la recherche, la Sarre a soutenu la mise en place du modèle d'essai. Depuis août, elle finance le projet suivant, dans le cadre duquel les équipes de recherche souhaitent automatiser de nombreuses étapes du processus.
Les groupes de travail font partie de la « plateforme 3R Saar » : à l'initiative de l'Université de la Sarre, de nombreux partenaires se sont regroupés sur cette plateforme dans le but d'éviter, de réduire et d'améliorer l'expérimentation animale (replace, reduce, refine, soit « 3R »). La plateforme recense systématiquement les méthodes de substitution à l'expérimentation animale existantes en Sarre, les rend visibles et met en réseau les chercheurs.
Réponses aux questions :
Prof. Dr méd. Sascha Kreuer (clinique d'anesthésiologie, de médecine intensive, de médecine d'urgence et de traitement de la douleur à la clinique universitaire de la Sarre)
Tél. : +49 6841 16-26915 E-mail : sascha.kreuer(at)uks.eu
Prof. Dr méd. Thomas Volk (chaire d'anesthésiologie de l'Université de la Sarre et directeur de la clinique d'anesthésiologie, de médecine intensive, de médecine d'urgence et de traitement de la douleur à la clinique universitaire de la Sarre)
Tél. : +49 6841 16-22485, e-mail : thomas.volk(at)uks.eu
Dr.-Ing. Christian Bur (doctorant et chef du groupe de technique de mesure des gaz à la chaire de technique de mesure, Université de la Sarre)
Tél. : 0681-302/2256, e-mail : c.bur(at)lmt.uni-saarland.de
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