En labo, des membranes 3D boostent de 88 % le transfert d’oxygène

À l’École de médecine de Hanovre, l’équipe de la Prof. Dr Bettina Wiegmann a mis au point une architecture de membrane imprimée sous la forme d’un réseau tridimensionnel continu, destinée à remplacer les faisceaux de minuscules tubes en plastique utilisés dans les systèmes de poumons artificiels. Dans l’étude de l’équipe, publiée dans Advanced Materials, cette nouvelle conception a transféré jusqu’à 88 % d’oxygène de plus que les membranes conventionnelles à fibres creuses.

Ces travaux s’inscrivent dans un programme de recherche consacré à un poumon implantable, dirigé par Wiegmann, spécialiste de la médecine d’urgence et médecin senior en chirurgie cardiaque à l’École de médecine de Hanovre. Des chercheurs de l’Université RWTH d’Aix-la-Chapelle ont collaboré avec son groupe au Centre de Basse-Saxe pour l’ingénierie biomédicale, la recherche sur les implants et le développement. Le point de départ est l’ECMO — l’oxygénation extracorporelle par membrane —, un système déjà utilisé en clinique pour faire circuler le sang à travers des membranes artificielles afin d’assurer les échanges gazeux.

Ces membranes conventionnelles ressemblent à des rangées parallèles de pailles minuscules. Le débit sanguin n’est pas réparti de manière idéale dans les faisceaux, ce qui limite les échanges gazeux et crée des interfaces où des caillots peuvent se former. La nouvelle architecture TPMS — surface minimale triplement périodique — crée au contraire un réseau unique et connecté, qui répartit le sang plus uniformément et réduit la résistance à l’écoulement. Sa grande surface peut tenir dans un volume plus réduit, tandis que l’impression 3D permet de produire et de personnaliser précisément la structure.

La membrane est fabriquée à partir d’un polymère de silicone que les chercheurs décrivent comme biocompatible, non toxique et chimiquement stable. Elle est perméable à l’oxygène et au dioxyde de carbone et peut être colonisée par des cellules endothéliales, les cellules qui tapissent les vaisseaux sanguins naturels et peuvent contribuer à réguler la coagulation. Cela pourrait améliorer les interactions des futurs poumons artificiels avec le sang, même si le résultat publié n’établit pas leurs performances à long terme chez les patients.

Qu’est-ce que cela change en pratique ? À plus court terme, cette architecture pourrait rendre les systèmes ECMO existants plus efficaces et plus compacts, en fournissant potentiellement un apport d’oxygène identique ou supérieur dans un poumon artificiel de plus petite taille. Le projet à plus long terme est plus ambitieux : utiliser le scanner CT d’un patient pour créer un moule destiné à des segments pulmonaires personnalisés ou à un poumon entier, puis ensemencer la structure imprimée avec les cellules endothéliales du patient, ou avec des cellules génétiquement modifiées. Ce poumon biohybride implantable reste un objectif de recherche, et non un dispositif déployé.