Une équipe collaborative a développé un nouveau type de filtre pour les appareils de dialyse rénale, capable de nettoyer le sang plus efficacement et d'améliorer les soins aux patients. Piran Kidambi, professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire, a dirigé l'équipe, qui comprenait William Fissell, professeur agrégé de néphrologie et d'hypertension au centre médical de l'université Vanderbilt, Shuvo Roy, professeur de bio-ingénierie à l'université de Californie à San Francisco, et Francesco Fornasiero, scientifique en biosciences et biotechnologie au Lawrence Livermore National Lab.
La maladie rénale chronique, une maladie dans laquelle des lésions rénales entraînent une mauvaise filtration du sang, touche environ 697,5 millions de personnes, soit 9 % de la population mondiale. Le traitement comprend l'hémofiltration, l'hémodialyse ou la transplantation rénale. L'hémofiltration et l'hémodialyse soutiennent les reins en filtrant les toxines et les déchets du sang.
Le nouveau filtre utilise des nanotubes de carbone, de minuscules tubes formés par une feuille d'atomes de carbone liés dans une structure hexagonale en nid d'abeille, dotés de très petits canaux lisses. Ces canaux facilitent l'élimination des toxines et des déchets du sang sans laisser échapper des protéines importantes, ce qui peut poser un problème avec les filtres traditionnels.
Dans l'article « High-Performance Hemofiltration via Molecular Sieving and Ultra-Low Friction in Carbon Nanotube Capillary Membranes », publié dans la revue Advanced Functional Materials le 27 août, Kidambi et ses co-auteurs démontrent que leurs membranes de dialyse constituées de nanotubes de carbone et de polymères créent un nouveau paradigme pour la dialyse.
"Nos membranes surpassent de plus d'un ordre de grandeur les membranes de dialyse de pointe tout en permettant simultanément une meilleure élimination des molécules intermédiaires qui pourraient provoquer une toxicité et d'autres complications pour la santé", a déclaré Kidambi. "Nous avons montré qu'un contrôle précis des diamètres des nanotubes de carbone permettait non seulement une élimination améliorée et efficace des molécules centrales, mais que la géométrie des canaux droits ainsi que les parois glissantes des nanotubes permettaient un écoulement considérablement amélioré."
Les travaux ont également permis d’obtenir des informations fondamentales sur la façon dont les biomolécules se transportent dans des constrictions à l’échelle nanométrique. Telle une pieuvre capable de se contorsionner pour s'adapter aux espaces les plus petits puis de s'étendre, Kidami et ses co-auteurs ont découvert que les biomolécules se faufilent à l'entrée du nanotube dans la membrane, le traversent et se dilatent à nouveau de l'autre côté. Ces connaissances peuvent aider les chercheurs et les ingénieurs à concevoir des membranes pour les séparations biologiques au-delà de la dialyse.
L’utilisation de meilleures membranes en dialyse est bénéfique pour les soins aux patients. Kidambi et ses collègues prévoient d'évaluer la faisabilité opérationnelle à long terme, la compatibilité sanguine et d'autres questions concernant le filtre afin de le développer pour les soins aux patients. Ils visent à faire progresser cette technologie grâce aux avancées réalisées par le laboratoire Kidambi dans le domaine du graphène.
"Notre objectif est de permettre des kits de dialyse plus petits afin qu'ils puissent aller chez les patients, au lieu qu'ils viennent à l'hôpital et soient attachés à un appareil de dialyse trois fois par semaine pendant quatre heures", a déclaré Peifu Cheng, associé de recherche postdoctoral au Laboratoire Kidambi et premier auteur de l'article. "Cela représenterait une amélioration considérable de la qualité de vie du patient. Notre objectif à long terme est d'évoluer vers des dispositifs implantables."
Plus d'informations : Peifu Cheng et al, Hémofiltration haute performance via tamisage moléculaire et friction ultra faible dans des membranes capillaires à nanotubes de carbone, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202304672
Informations sur le journal : Matériaux fonctionnels avancés
Fourni par l'Université Vanderbilt
