Construire un pont pour le sang : progrès révolutionnaire dans le développement de vaisseaux sanguins artificiels de petit calibre

À mesure que le niveau de vie des gens s’améliore, des modes de vie malsains tels que fumer, boire de l’alcool, veiller tard et manquer d’exercice se répandent progressivement dans la vie quotidienne des gens. L’une des conséquences de cette tendance est l’augmentation continue de l’incidence des maladies cardiovasculaires chez nos citoyens.

Les données du « Rapport sur la santé et les maladies cardiovasculaires en Chine 2020 » montrent que les décès dus aux maladies cardiovasculaires en Chine représentent le plus grand nombre de décès parmi les résidents urbains et ruraux. Le « Rapport 2021 sur la qualité médicale des maladies cardiovasculaires en Chine » a également clairement souligné que les maladies cardiovasculaires sont actuellement la principale cause de décès parmi les résidents chinois .

Source de l'image : galerie veer

Dans le traitement des maladies cardiovasculaires, les vaisseaux sanguins artificiels constituent un dispositif médical important. En cas de maladie cardiovasculaire grave, la transplantation vasculaire est souvent le traitement le plus efficace. En remplaçant les vaisseaux sanguins malades par des vaisseaux sanguins artificiels, les besoins de circulation sanguine du corps humain peuvent être assurés.

Récemment, l'Institut technique de physique et de chimie de l'Académie chinoise des sciences et l'hôpital Anzhen de Pékin affilié à l'Université médicale de la capitale ont travaillé ensemble pour appliquer conjointement des médicaments anticoagulants et des médicaments antiplaquettaires. En conférant aux vaisseaux sanguins de petit calibre un « double effet anticoagulant », ils ont développé des vaisseaux sanguins artificiels de petit calibre capables de résister efficacement à la thrombose aiguë.

Alors, pourquoi les vaisseaux sanguins artificiels de petit calibre sont-ils particulièrement populaires ? Quelles sont les difficultés dans leur recherche et développement ? Quels progrès ont été réalisés dans ces travaux de recherche et développement ? Découvrons-le ensemble.

Vaisseaux sanguins artificiels : les petits ont leurs propres difficultés

Les vaisseaux sanguins les plus épais du corps humain, comme l’aorte, peuvent atteindre un diamètre de plus de 30 millimètres ; tandis que les capillaires les plus fins ont un diamètre de seulement un centième de millimètre, soit une différence de plusieurs milliers de fois. Par conséquent, afin de remplacer les vaisseaux sanguins humains, nous devons développer des vaisseaux sanguins artificiels de différents diamètres.

En général, les vaisseaux sanguins artificiels d'un diamètre inférieur à 6 mm sont classés comme des vaisseaux sanguins artificiels de petit calibre, tandis que ceux d'un diamètre supérieur à 6 mm sont classés comme des vaisseaux sanguins artificiels de gros calibre.

À l’heure actuelle, en raison des problèmes inévitables de thrombose, d’hyperplasie intimale, etc., le taux de perméabilité à long terme des vaisseaux sanguins artificiels de petit calibre est très faible. Il est donc urgent de développer un vaisseau sanguin de petit calibre pour une application clinique. Les principales raisons de l’échec de la transplantation vasculaire de petit calibre sont les suivantes :

Premièrement, le débit sanguin dans les petits vaisseaux sanguins est relativement lent et le sang reste longtemps, de sorte que les plaquettes dans le sang ont suffisamment de temps pour se rassembler à la surface du matériau « non humain » du vaisseau sanguin artificiel, déclenchant une réaction de coagulation, conduisant ainsi à l'apparition d'une thrombose aiguë au stade précoce de la transplantation.

Deuxièmement, en raison de facteurs tels qu’une intima incomplète et une inflammation, les cellules musculaires lisses sont sujettes à une prolifération excessive, ce qui entraîne une hyperplasie intimale, qui peut provoquer à nouveau une sténose lorsque de petits vaisseaux sanguins sont implantés pendant une longue période.

Troisièmement, en raison des limitations des matériaux de préparation et de la technologie d’anastomose, il existe souvent une inadéquation de conformité entre les vaisseaux sanguins artificiels et les vaisseaux sanguins naturels, ce qui peut facilement conduire à des problèmes tels que l’hyperplasie intimale et la resténose de la lumière.

En revanche, les gros vaisseaux sanguins ont un débit sanguin élevé, un débit sanguin rapide et un fort effet de rinçage, ils sont donc moins susceptibles de coaguler ; deuxièmement, la lumière des gros vaisseaux sanguins est large et la thrombose locale et l'hyperplasie intimale ont peu d'effet sur eux, ce qui est fatal pour les petits vaisseaux sanguins.

L’application clinique des vaisseaux sanguins artificiels de petit calibre est confrontée à de nombreux défis. Dans cette recherche collaborative entre l'Institut de recherche physique et chimique de l'Académie chinoise des sciences et l'hôpital Anzhen de Pékin, les scientifiques se sont concentrés sur le problème de la prévention de la thrombose aiguë aux premiers stades de la transplantation et ont mené des recherches et le développement de nouveaux vaisseaux sanguins artificiels de petit calibre.

Héparine + aspirine, anticoagulation à double effet

Nous savons que le but de la coagulation est de bloquer les vaisseaux sanguins rompus afin que nous ne saignions pas abondamment à cause d'une petite plaie. Le mécanisme de coagulation est relativement complexe. Pour faire simple, les plaquettes participent à l’activation du fibrinogène pour former un réseau de fibrine. Le réseau de fibrine agit comme une « barre d’armature » et remplit le « béton » de globules rouges pour construire rapidement un mur pour boucher le trou.

Cependant, lorsqu'il entre en contact avec un vaisseau sanguin artificiel, un objet non vivant, le mécanisme de coagulation sanguine se déclenche et des caillots sanguins se développent à l'intérieur du vaisseau sanguin artificiel en raison de la coagulation, entraînant l'échec de la transplantation.

La formation de caillots sanguins dépendant de la fibrine et des plaquettes, l'équipe de recherche a tenté d'empêcher l'apparition de ces deux substances dans les vaisseaux sanguins artificiels et, dans cette perspective, de développer de nouveaux vaisseaux sanguins artificiels.

D’une part, on sait déjà que sous l’action conjointe de plusieurs facteurs de coagulation, le fibrinogène présent dans le sang est transformé en fibrine. L'héparine est une substance qui peut contrer efficacement les facteurs de coagulation, elle est donc souvent utilisée pour prévenir la thrombose ou augmenter l'apport sanguin à l'utérus pendant la grossesse.

D’autre part, l’agrégation plaquettaire est également l’une des conditions préalables importantes à la thrombose. L'aspirine, un médicament de longue date, a un bon effet antiplaquettaire, qui peut empêcher les plaquettes de fonctionner et ainsi prévenir l'apparition de thrombose.

Ainsi, si nous combinons l’héparine et l’aspirine et les intégrons dans des vaisseaux sanguins artificiels, pouvons-nous prévenir l’apparition de caillots sanguins et ainsi améliorer le taux de réussite de la transplantation de vaisseaux sanguins artificiels de petit calibre ? Sur la base de cette idée, l’équipe de recherche scientifique a mené une série d’études.

Schéma de la préparation et du fonctionnement du stent vasculaire PCL/PU-HepA (Source de l'image : fournie par l'auteur)

Dans un premier temps, les scientifiques ont choisi des composites de polycaprolactone (PCL) et de polyuréthane (PU) comme matériaux de construction pour les nouveaux vaisseaux sanguins artificiels. En contrôlant précisément le rapport entre les deux, les propriétés mécaniques des vaisseaux sanguins artificiels peuvent être régulées.

Deuxièmement, lors de l'introduction de l'héparine et de l'aspirine dans des vaisseaux sanguins artificiels, les scientifiques ont essayé de nombreuses séries de conditions expérimentales et ont finalement trouvé une méthode pour préparer le complexe héparine-aspirine par réaction lente dans des conditions douces.

De cette manière, la petite molécule d'aspirine peut être attachée à la grande molécule d'héparine, introduisant ainsi deux médicaments dans le vaisseau sanguin artificiel à la fois, exerçant ainsi une fonction anticoagulante plus puissante.

Conclusion

Ainsi, un nouveau type de vaisseau sanguin artificiel de petit calibre a vu le jour. Ce matériau de stent vasculaire artificiel est principalement préparé par électrofilage, et la technologie de préparation est relativement mature. La synthèse et le greffage de complexes héparine-aspirine sont également relativement faciles à réaliser.

En raison des limites de l'efficacité de la production d'électrofilage et des réactions de synthèse organique, le vaisseau sanguin artificiel est encore au stade de la recherche et du développement en laboratoire. Mais dans le processus d’exploration scientifique, la réalisation de « 0 » à « 1 » est souvent plus importante et plus fondamentale que la réalisation de « 1 » à « 100 ». Je crois que dans un avenir proche, avec l’amélioration continue de cette nouvelle technologie et l’amélioration de l’efficacité de la production, de nouveaux vaisseaux sanguins artificiels de petit calibre joueront un rôle plus important dans la lutte de l’humanité contre les maladies cardiovasculaires.

Auteurs : Li Lei, Zhou Siyuan, Wu Dayong, Yang Xiubin

Unité de l'auteur : Institut technique de physique et de chimie, Académie chinoise des sciences, Hôpital Anzhen de Pékin, Université médicale de la capitale

Cet article provient du compte public « Science Academy ». Veuillez indiquer la source du compte rendu public lors de la réimpression.