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Les microparticules sont constituées d’une seule couche de lipides (molécules grasses) qui entourent une minuscule poche d’oxygène gazeux, et sont délivrées dans une solution liquide. Dans un article de couverture du numéro du 27 juin de Science Translational Medicine, John Kheir, MD, du département de cardiologie de l’hôpital pour enfants de Boston, et ses collègues rapportent qu’une perfusion de ces microparticules chez des animaux ayant un faible taux d’oxygène dans le sang a rétabli la saturation en oxygène du sang à des niveaux proches de la normale, en quelques secondes.

Lorsque la trachée était complètement bloquée — un scénario plus dangereux du « monde réel » — la perfusion a maintenu les animaux en vie pendant 15 minutes sans une seule respiration, et a réduit l’incidence des arrêts cardiaques et des lésions organiques.

Les solutions de microparticules sont portables et pourraient stabiliser les patients dans des situations d’urgence, en gagnant du temps pour les ambulanciers, les cliniciens d’urgence ou les cliniciens de soins intensifs pour placer plus sûrement un tube respiratoire ou effectuer d’autres thérapies de sauvetage, dit Kheir.

« C’est un substitut d’oxygène à court terme — un moyen d’injecter de l’oxygène gazeux en toute sécurité pour soutenir les patients pendant quelques minutes critiques », dit-il. « Éventuellement, cela pourrait être stocké dans des seringues sur chaque chariot de code dans un hôpital, une ambulance ou un hélicoptère de transport pour aider à stabiliser les patients qui ont des difficultés à respirer. »

Les microparticules ne seraient probablement administrées que pendant une courte période, entre 15 et 30 minutes, car elles sont transportées dans un fluide qui surchargerait le sang si elles étaient utilisées pendant de plus longues périodes, dit Kheir.

Kheir note également que les particules sont différentes des substituts sanguins, qui transportent de l’oxygène mais ne sont pas utiles lorsque les poumons sont incapables de les oxygéner. Au contraire, les microparticules sont conçues pour les situations dans lesquelles les poumons sont complètement incapables.

Kheir a commencé à étudier l’idée de l’oxygène injectable en 2006, après avoir pris soin d’une petite fille qui a subi une grave lésion cérébrale résultant d’une pneumonie sévère qui a provoqué des saignements dans ses poumons et des niveaux d’oxygène sévèrement bas. Malgré tous les efforts de l’équipe, elle est morte avant qu’on ait pu la placer sur une machine cœur-poumon. Frustré par cette situation, Kheir a formé une équipe pour chercher une autre façon de fournir de l’oxygène.

« Certaines des expériences les plus convaincantes ont été les premières », dit-il. « Nous nous prélevions mutuellement du sang, le mélangions dans un tube à essai avec les microparticules, et regardions le sang bleu devenir immédiatement rouge, sous nos yeux. »

Au fil des années, Kheir et son équipe ont testé différentes concentrations et tailles de microparticules pour optimiser leur efficacité et les rendre sûres pour l’injection. « L’effort était vraiment multidisciplinaire », dit Kheir. « Il a fallu des ingénieurs chimistes, des scientifiques spécialisés dans les particules et des médecins pour obtenir le bon mélange. »

Dans les études rapportées dans l’article, ils ont utilisé un appareil appelé sonicateur, qui utilise des ondes sonores de haute intensité pour mélanger l’oxygène et les lipides. Le processus piège l’oxygène gazeux à l’intérieur de particules d’une taille moyenne de 2 à 4 micromètres (non visibles sans microscope). La solution obtenue, dont l’oxygène gazeux représente 70 % du volume, s’est mélangée efficacement au sang humain.

« L’une des clés de la réussite du projet était la capacité d’administrer une quantité concentrée d’oxygène gazeux dans une petite quantité de liquide », explique Kheir. « La suspension transporte trois à quatre fois la teneur en oxygène de nos propres globules rouges. »

L’administration intraveineuse d’oxygène gazeux a été essayée au début des années 1900, mais ces tentatives n’ont pas réussi à oxygéner le sang et ont souvent provoqué de dangereuses embolies gazeuses.

« Nous avons contourné ce problème en conditionnant le gaz en petites particules déformables », explique Kheir. « Elles augmentent considérablement la surface d’échange de gaz et sont capables de se faufiler dans les capillaires où le gaz libre resterait coincé. »

L’étude a été financée par trois bourses du Fonds de développement technologique de l’hôpital pour enfants de Boston et par une bourse de recherche fondamentale du ministère américain de la Défense accordée à Kheir.