Le syndrome de détresse respiratoire aiguë nécessite une action immédiate. Dans une situation d'urgence comme celle-ci, les patients sont souvent ventilés à l'aide d'un cœur-poumon artificiel. Il s'agit de faire circuler le sang à l'extérieur du corps, ajouter de l'oxygène et éliminer le dioxyde de carbone via des membranes. Une équipe de chercheurs de l'Institut Fraunhofer de recherche appliquée sur les polymères IAP a développé un nouveau type de structure membranaire qui permet des échanges gazeux plus rapides afin de faciliter l'oxygénation du sang pour les patients.

Les patients pulmonaires gravement malades qui souffrent du syndrome de détresse respiratoire aiguë sont ventilés artificiellement à l'aide d'un appareil médical - les professionnels de la santé appellent cette procédure l'oxygénation extracorporelle par membrane (ECMO), une alternative à la respiration artificielle traditionnelle. Il s'agit de prélever du sang du corps via un tube, enrichir le sang en oxygène et éliminer le dioxyde de carbone à l'extérieur du corps à l'aide d'un oxygénateur à membrane, puis réintroduire le sang dans la circulation sanguine via un second tube. Cette procédure est extrêmement exigeante pour les patients et ne peut être réalisée que sur une courte période.

Structures membranaires asymétriques pour un échange d'oxygène élevé

Les chercheurs du Fraunhofer IAP à Potsdam se sont fixés pour objectif de rendre ce processus plus doux pour les patients. Au nom de la société autrichienne CCORE Technology, ils développent des morphologies membranaires capables d'intensifier le support de ventilation. Les membranes commerciales ont une structure symétrique et sont conçues pour un échange d'oxygène lent. "Nous concevons donc des structures asymétriques dont les caractéristiques permettent des échanges gazeux beaucoup plus rapides que les membranes conventionnelles, " dit Murat Tutuş, chercheur au Fraunhofer IAP. "Notre USP est que nous pouvons fabriquer une structure de membrane ciblée à partir de divers polymères."

Contrairement aux membranes symétriques, qui sont intrinsèquement homogènes, les membranes asymétriques se distinguent par leur hétérogénéité, porosité non uniforme. Vers la couche de séparation, la structure est caractérisée par de petites cavités, sous lesquelles se trouvent de grandes cavités ouvertes en dessous. Le gaz est rapidement transporté par convection à proximité de la couche de séparation via le grand, cavités ouvertes, où il doit ensuite parcourir une courte distance lentement par diffusion vers la couche de séparation via les petites bulles. Après ça, les gaz passent à l'autre milieu à travers une couche ultramince. « Nos membranes ont une structure adaptée au matériau de membrane souhaité. Par conséquent, notre membrane possède une perméabilité aux gaz exceptionnellement élevée et une stabilité mécanique élevée. En plus de cela, le matériau de la membrane est à la fois inerte et mou, tout comme il devrait idéalement l'être pour un matériau qui entre en contact avec du sang, " explique l'ingénieur.

La structure a été initialement mise en œuvre dans des membranes plates en utilisant la méthode de précipitation standard pour faciliter une mise à l'échelle ultérieure facile et rentable. Pour obtenir la morphologie recherchée, l'équipe de recherche a utilisé à la fois des polymères conventionnels et non conventionnels et a ajusté les paramètres du procédé en conséquence. "Le transport d'oxygène a été quadruplé dans les conditions définies. Dans le même temps, les membranes fabriquées avaient une stabilité de pression d'au moins 7 bars, mais généralement supérieure à 10 bar TMP (pression transmembranaire), " dit Murat Tutuş.

Membrane éclatable dans l'aorte

Comme prochaine étape, les chercheurs veulent transformer le processus d'oxygénation du sang d'un processus extracorporel en un processus intracorporel. Il s'agit de miniaturiser la membrane en fibres creuses au point de pouvoir être placée dans l'aorte, qui a un diamètre d'environ un centimètre. « L'enjeu consiste à créer des morphologies membranaires capables d'assurer un très haut transport d'oxygène sur une petite surface, " dit Murat Tutuş. Comme cela n'est pas réalisable avec des membranes plates, le chercheur et son équipe adaptent la structure aux membranes à fibres creuses. À cette fin, l'équipe développe spécialement une machine à filer à fibres creuses à l'institut en collaboration avec leur collègue le Dr André Lehmann. La machine devrait être mise en service début 2020.

Les morphologies des membranes pouvant être adaptées à des besoins spécifiques, les couches de séparation conviennent également à d'autres applications médicales, comme la dialyse ou la détermination de la glycémie. Mais des usages industriels sont également envisageables, par exemple, les membranes à fibres creuses pourraient être adaptées pour la purification de l'eau ou comme filtres à air.