Innovations dans les organes artificiels

Les organes artificiels sont souvent décrits comme le Saint Graal de la bioingénierie – un domaine de recherche important qui se trouve à l’intersection de la médecine, des sciences de la vie et de l’ingénierie. L’importance et le besoin urgent d’organes artificiels sont compris depuis longtemps : des textes médicaux datant de plusieurs siècles contiennent des idées décrivant leur conception, aussi fantaisistes et peu pratiques soient-elles. La première véritable percée dans la conception d’organes artificiels a eu lieu en 1982, avec Jarvik-7, le premier cœur artificiel entièrement fonctionnel à être implanté avec succès chez un humain. C’est au chercheur médical Robert Jarvik et à l’inventeur Willem Kolff que l’on doit la conception de Jarvik-7. Kolff a plusieurs autres innovations à son actif, notamment le premier rein artificiel (appareil de dialyse) et le cœur-poumon artificiel, et il est connu pour être un fervent partisan des procédures de transfusion sanguine – toutes ces innovations reflètent son enthousiasme et sa conviction qu’il faut aider le corps humain à continuer à fonctionner même après l’arrêt de ses organes. Pour ces innovations et idéologies, il est considéré comme le père des organes artificiels.

Aujourd’hui, malgré les progrès remarquables de la transplantation, l’importance des organes artificiels n’a pas diminué. Au contraire, la longue liste d’attente et la durée de l’attente nécessitent des alternatives efficaces et immédiates à la transplantation d’organes. Le United Network for Organ Sharing, une organisation américaine à but non lucratif qui gère le réseau de dons d’organes, estime que plus de 120 000 Américains – dont plus de 100 000 ont besoin d’un rein – sont sur la liste d’attente pour des organes vitaux. Le futur receveur de rein moyen a une attente de 3,6 ans, et au moins 20 personnes en attente d’un organe meurent chaque jour.

Les organes artificiels pourraient résoudre la pénurie de greffes

L’idée d’un cœur prêt à l’emploi qui pourrait remplacer un cœur défaillant est une proposition tentante, et quelques entreprises ont craqué. La société BiVACOR de Houston, au Texas, est l’une d’entre elles. Le cœur artificiel total (TAH) de BiVACOR, dont le nom est éponyme, est une option disponible pour les patients souffrant d’insuffisance cardiaque terminale qui ne remplissent pas les conditions requises pour une transplantation. Une autre société importante, SynCardia Systems (Tucson, Arizona), a mis au point un dispositif HAT temporaire – un système implantable qui peut prendre en charge les fonctions cardiaques – pour les patients souffrant d’insuffisance cardiaque biventriculaire au stade terminal. Le dispositif est destiné à être utilisé uniquement comme une passerelle vers la transplantation d’un cœur de donneur, et il est le seul approuvé par la Food and Drug Administration américaine et les organismes de réglementation de l’Union européenne et du Canada.

Avec l’avènement de l’impression 3D et de l’ingénierie tissulaire, on peut penser au-delà des pompes électromécaniques qui peuvent servir de cœur pour visualiser un cœur artificiel en, littéralement, chair et en sang. La course est lancée pour développer un organe artificiel fonctionnel et tissulaire qui imiterait les organes dans leurs fonctions physiques et physiologiques, comme la sécrétion d’hormones, la vascularisation nourricière, la croissance et le modelage au fur et à mesure de la croissance de l’individu.

Stephen Badylak, professeur et directeur adjoint du McGowan Institute for Regenerative Medicine de l’Université de Pittsburgh, travaille sur un foie fonctionnel adapté à la transplantation. L’approche de Badylak consiste à récolter les cellules souches d’un patient et à les cultiver dans des échafaudages tridimensionnels spécialement conçus. L’espoir est que ces cellules se développent en un organe fonctionnel lorsqu’elles reçoivent les nutriments de croissance appropriés. Comme les cellules sont prélevées sur les patients eux-mêmes, les défis du rejet de l’organe et de la réponse immunitaire sont contournés.

Organes artificiels pour la recherche médicale

Si le retard dans la production d’un organe pleinement fonctionnel et de dimension adaptée décevra le marché de la transplantation d’organes, c’est tout de même une nouvelle qui mérite d’être applaudie. En effet, l’ensemble de l’industrie pharmaceutique attend en retenant son souffle des tissus qui ressemblent à des tissus humains réels. De tels analogues sont d’une grande importance pour les tests de médicaments.

La société Organovo, basée à San Diego, a été à l’avant-garde de la commercialisation de la bio-impression en 3-D de tissus pour la recherche médicale. La société a réussi à imprimer des patchs de tissus du foie, du poumon, du cœur et des reins pour les partenaires de recherche. La gamme ExVive de tissus de foie et de rein humains de la société est utilisée dans les études toxicologiques et autres tests précliniques de médicaments. Cette application des organes artificiels a un potentiel énorme pour accélérer le processus de développement des médicaments, réduire les coûts et diminuer le besoin de tests sur les animaux et de tests cliniques. En fait, L’Oréal, la société mondiale de cosmétiques, s’approvisionne en tissus de peau humaine imprimés en 3D auprès d’Organovo dans le but de réduire les tests sur animaux tant décriés. L’Oréal possède déjà un brevet sur Episkin, un produit de peau issu de l’ingénierie tissulaire qui a été développé en incubant des cellules de peau données par des patients opérés. Le partenariat avec Organovo permettrait à L’Oréal de les imprimer plus facilement, et aux exigences.

La peau électronique peut donner aux robots une touche « humaine »

La peau est le plus grand organe du corps humain, et un organe très complexe. Recréer la peau implique de communiquer les sensations de toucher, de pression et de température au matériau artificiel. Une telle peau artificielle serait sans aucun doute d’une grande utilité pour les grands brûlés et les patients subissant une chirurgie lourde. Cependant, une application qui alimente aujourd’hui les films de science-fiction pourrait bientôt devenir une réalité : fournir aux robots des entrées sensorielles.

SmartCore, un projet financé par le Conseil européen de la recherche et exécuté par des chercheurs de l’Université de technologie de Graz, en Autriche, vise à créer un matériau qui répondrait à des stimuli variés. Pour y parvenir, l’équipe a mis au point un nouveau matériau tapissé d’un réseau de nanocapteurs dont la sensibilité dépasse de loin celle de la peau humaine. Bien qu’elle n’en soit qu’à ses débuts, l’équipe est en train de concevoir un noyau « intelligent » – un polymère qui se dilate lorsqu’il est exposé à l’humidité et à la température et qui est enveloppé dans une coquille piézoélectrique qui produit un courant électrique lorsqu’une pression est appliquée. Ces noyaux reçoivent les stimuli et les transmettent au système robotique. L’équipe vise à présenter le prototype d’ici 2019, après quoi des applications spécifiques seraient explorées.

L’utérus artificiel suscite l’espoir des bébés prématurés

En avril 2017, des chercheurs du Centre de diagnostic et de traitement fœtal de l’Hôpital pour enfants de Philadelphie ont annoncé – et publié – qu’ils avaient mis au point le premier utérus artificiel au monde. Surnommés BioBag, ces « utérus » ressemblent à des sacs Ziploc avec des tubes de liquide amniotique, d’oxygène, de nutriments et de sang qui s’entrecroisent. À l’intérieur des sacs, cependant, les chercheurs ont réussi à nourrir des agneaux fœtaux.

En août 2017, un utérus similaire a été conçu par un groupe non apparenté : des chercheurs de la Women and Infants Research Foundation en Australie, de l’Université d’Australie occidentale et de l’hôpital universitaire de Tohoku au Japon. Appelée à juste titre thérapie par environnement utérin ex-vivo (EVE), elle a suscité des attentes quant à un environnement semblable à un utérus viable et reproductible.

La route à suivre

Frost &Sullivan estime que la route à suivre pour les organes artificiels est pavée par des chercheurs enthousiastes, des organismes de financement et un écosystème collaboratif. Cependant, il y a aussi des obstacles sous la forme de préoccupations éthiques, d’exigences réglementaires, de coût des dispositifs et de problèmes de sécurité en raison d’un manque de données cliniques à long terme. La réponse serait des détours qui peuvent néanmoins mener à des destinations lucratives. L’utilisation de tissus de peau artificielle pour la recherche médicale et cosmétique en est un exemple. De même, un utérus artificiel pour la gestation d’un embryon humain serait une tâche de taille, qui soulèverait de nombreuses questions éthiques, morales et juridiques ; cependant, une voie acceptable pour le moment serait d’utiliser l’utérus pour sauver la vie et améliorer la santé des millions de bébés prématurés qui naissent chaque année.