ECMO

L’ECMO (oxygénation par membrane extra-corporelle) est une méthode de circulation extra-corporelle utilisée lorsque le cœur ne joue plus son rôle de pompe et que les poumons ne sont plus capables d’effectuer les échanges gazeux nécessaires à sa survie. L’échange alvéolaire est « mimé » grâce à un échangeur gazeux avant de réintroduire le sang oxygéné dans le corps du patient grâce à une pompe. De nombreux problèmes sont associés à l’utilisation d’un dispositif ECMO dont notamment l’activation des plaquettes liée au cisaillement élevé généré par le pompage et l’activation de la coagulation déclenchée par le contact du sang avec les surfaces solides étrangères. Lors d’ECMO, l’ajout d’anticoagulants comme l’héparine permet de réduire le risque de thrombose et la formation de caillots. Cependant, les anticoagulants augmentent le risque de complications hémorragiques chez le patient. Enfin, les dispositifs ECMO actuellement utilisés en clinique reposent sur un système de pompage centrifuge, qui est une source majeure de complications puisqu’il induit un fort cisaillement au sein du sang pompé entrainant des phénomènes d’hémolyses.

Qfluidics, une startup strasbourgeoise et le laboratoire Hermans (ISIS, Strasbourg) ont développé une pompe reposant sur la stabilisation d’un tube liquide enveloppé dans un liquide magnétique (ferrofluide). Avec cette technologie de tube liquide, le pompage n’implique pas de contact mécanique avec le liquide. L’action de pomper est induite par des modulations de champs magnétiques qui contorsionnent le tube par contact liquide-liquide uniquement. Cette technologie génère des cisaillements faibles et serait donc particulièrement adaptée au pompage de liquides fragiles comme le sang.

Ce projet de thèse a pour but d’évaluer l’intérêt d’utiliser la technologie «Qpump» pour pomper du sang.

Le premier axe de travail vise à améliorer les performances de Qpump, grâce à un nouveau design qui augmente les débits et pressions jusqu’aux valeurs des pompes utilisées en clinique (5 L/min). Ceci repose sur l’utilisation d’aimants sur mesures (BEC GmbH). Un prototype fonctionnel à l’aide d’impressions 3D sera réalisé. La robustesse de la pompe sera testée. Le second axe consistera à évaluer la bio-compatibilité du ferrofluide. Les ferrofluides disponibles sur le marché sont synthétisés à partir de solvants organiques, comme le kérosène et ne sont pas bio-compatibles. Des résultats préliminaires montrent que ces ferrofluides activent les plaquettes. Afin d’améliorer la compatibilité du ferrofluide avec les plaquettes, nous produirons différents ferrofluides perfluorés, inertes au contact du sang. La synthèse de ferrofluide aura lieu dans les locaux du laboratoire Hermans tandis que les tests de compatibilité, comme l’agrégation de plaquettes, seront conduits au sein des locaux de l’EFS. Le troisième axe de recherche consistera à développer un modèle in vitro d’ECMO qui repose sur la technologie Qpump. Du sang humain anticoagulé par l’héparine perfusé dans ce dispositif pendant plusieurs heures. L’impact de la circulation dans le dispositif sur le sang sera étudié par des techniques comme la mesure du nombre de cellules sanguines, l’imagerie (observation des cellules), l’agrégation plaquettaire (fonction des plaquettes), la mesure de l’hémolyse (effet sur les globules rouges) ou encore par des mesures de temps de coagulation (impact sur les facteurs de coagulation). Lorsque la technologie aura fait ses preuves in vitro, nous développerons un système ECMO basé sur la Qpump qui sera testé sur le petit animal. Ce travail sera réalisé par le doctorant en étroite collaboration avec les équipes de recherche de l’U1255 (EFS) et du service de réanimation du NHC de Strasbourg.

Directeur de thèse : Pierre Mangin

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