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Un Docteur Israélien crée le poumon artificiel pour mettre fin à l'expérimentation animale

Israël Technologies


Le Dr Josué Sznitman et son équipe, du laboratoire de Biofluidique, de l’Institut israélien de technologie, Technion, travaille sur le développement de poumons artificiels afin de pallier à l’utilisation des modèles animaux lors du développement de nouveaux traitements pour les voies respiratoires.

La pollution de l’air
En été, avec les fortes chaleurs, les alertes "pollution" sont fréquentes, mais que se passe-t-il vraiment ? C’est à la révolution industrielle, avec l’utilisation massive du charbon dans les usines, que les premiers signes de pollution de l’air sont apparus. Il ne s’agit donc pas d’un phénomène récent, elle est le fruit des avancées de l’homme et de ses activités. 

La pollution traduit une altération des niveaux de la qualité de l’air. Dans l’air, il existe en très faible quantité (de l’ordre du microgramme par mètre cube) de nombreuses particules inférieures à 10 µm ou substances chimiques comme le dioxyde de soufre, les oxydes d’azote, l’ozone,… qui sont qualifiées de "polluants". La plupart du temps ces espèces se trouvent dans une concentration non toxique pour l’homme et son environnement ; lors des alertes, une trop forte concentration est constatée.

A titre d’exemple, les alertes aux particules sont déclenchées lorsque leur concentration est comprise entre 125 µg.m-3 et 80 µg.m-3. Ces particules sont constituées de suies, très fortement cancérigènes, de poussière, de particules d’origine biologique comme pollen, virus, bactéries… Elles se diffusent au gré du vent et les particules de très faible taille appelées nanoparticules peuvent quant à elles se déplacer dans toutes les directions de l’espace (mouvement brownien) et ainsi rester en suspension pendant des jours voire même des mois. Leur faible taille leur confère la capacité de pénétrer profondément dans les poumons. La pluie ramène ces polluants aux sols.

Conséquences sur la santé

La pollution de l’air peut avoir divers effets à court et à long terme sur la santé. En effet, elle accroit les risques de maladies respiratoires aiguës (pneumonie par exemple)et chroniques (cancer du poumon, par exemple) ainsi que des maladies cardio-vasculaires (cardiopathies). 

Différents groupes d’individus sont touchés par la pollution de l’air : des effets plus graves sur la santé sont observés chez les personnes déjà malades. En outre, les populations plus vulnérables comme les enfants, les personnes âgées et les ménages à faible revenu ayant un accès limité aux soins de santé, sont plus sensibles aux effets préjudiciables de l’exposition à la pollution de l’air. 

Les troubles respiratoires vont augmenter la sensibilité aux attaques microbiennes. L’Organisation Mondiale de la Santé estime qu’au niveau mondial 1,3 million de personnes meurent chaque année en raison de la pollution de l’air. Il s’agit d’un problème majeur de salubrité de l’environnement qui touche aussi bien les pays développés que les pays en voie de développement.

Un poumon artificiel mimant le fonctionnement du système respiratoire
S’agissant d’un véritable problème de santé publique, de nombreuses équipes de chercheurs dans le monde travaillent sur le développement de nouveaux traitements. Ces derniers sont dans un premier temps testés sur des animaux avant d’être administrés chez l’homme. Le Dr Josué Sznitman du Technion et son équipe ont mis au point un poumon humain artificiel grandeur nature, permettant de comprendre en temps réel comment les particules minuscules se déplacent et se comportent au sein du tissu alvéolaire dans la partie la plus profonde des poumons. Ce premier outil de diagnostic a été breveté par l’équipe. 

Il devrait fournir une meilleure compréhension des risques pour la santé associés à la pollution atmosphérique, et permettre l’évaluation et la conception de médicaments pour le système respiratoire. Ce dispositif permettrait de connaitre avec précision la concentration des particules dans les différentes parties du poumon et donc de relever un véritable challenge scientifique. En effet, il est très difficile de modéliser le mouvement des particules affectées par diverses forces extérieures comme le débit d’air, la gravité, … au sein d’une cavité aussi complexe que le poumon. 

Ce dernier est constitué de centaines de millions d’alvéoles pulmonaires, minces sacs aériens poreux interconnectés par des conduits alvéolaires très étroits. Cette structure complexe rend impossible l’observation in vivo. Les chercheurs ont donc recours à des modèles animaux ou des logiciels de simulation numériques.

Ce poumon artificiel possède des parois similaires à celle du poumon, rendant la simulation très réaliste. De plus, il est capable de se contracter et de se dilater, pour imager le système respiratoire. Ainsi, il peut être utilisé pour comprendre le trajet des particules de l’air nocives pour notre corps mais aussi celui des nanoparticules, utilisées comme vecteurs à des fins médicinales. 

Ce modèle a également pour but de faire diminuer le nombre d’études chez les animaux. Il est constitué à partir de nano-puces semblables à celles utilisées dans l’informatique permettant d’effectuer des mesures en temps réel dans les différentes cavités pulmonaires. Cette innovation peut donc également ouvrir la voie à l’ingénierie de futurs organes artificiels à l’instar de ce nouveau poumon.