Le Technion développe la technologie qui permettra de protéger les voies respiratoires des enfants prématurés ayant besoin d'une ventilation assistée

Des chercheurs de la Faculté de génie biomédical sont les premiers à pointer les dégâts du jet d'air sortant du tube de ventilation endotrachéale

Un nouveau modèle artificiel de nourrissons prématurés permettra des expériences qui devraient réduire les blessures des nourrissons sous respiration artificielle.L'étude, publiée dans le Journal of The Royal Society Interface, a été menée par le doctorant Eliram Nof et le professeur Josué Sznitman de la Faculté de génie biomédical du Technion, en collaboration avec le professeur Dan Waisman,directeur de l'unité des nouveau-nés du Carmel Medical Center.
Plus de 10% des bébés dans le monde naissent prématurément. Les nourrissons en général, et les bébés prématurés en particulier, sont limités dans leur fonction sous divers aspects, car leurs organes n'ont pas pu se développer correctement. L'un d'eux est le système respiratoire, qui n'atteint sa pleine fonction que tardivement pendant le développement fœtal. C'est la raison pour laquelle un accouchement prématuré est souvent caractérisé par une détresse respiratoire, due en partie à l'absence d'une substance savonneuse unique(surfactant) : Liquide tapissant la face interne des alvéoles pulmonaires (petites cavités où s’effectuent les échanges gazeux) et qui, par ses propriétés tensio-actives, modifie l’élasticité et la rétraction des poumons. qui empêche la destruction des poumons et facilite la respiration.

Heureusement,la médecine moderne est capable de faire face à ce problème et de sauver les nourrissons prématurés, principalement en fournissant un surfactant extérieur qui est administré en conjonction avec une machine de ventilation - un appareil respiratoire qui pompe l'air dans les voies respiratoires du bébé à travers un tube inséré oralement.

Cependant,dans sa forme actuelle, l'utilisation d'un respirateur n'est pas sans problèmes. L'un des effets secondaires possibles chez les nourrissons prématurés utilisant une machine de ventilation est l'endommagement du tissu pulmonaire. Il n'existe pas de standardisation pour choisir les paramètres de fonctionnement du ventilateur, comme le pourcentage d'oxygène dans l'air injecté, le volume d'air, la pression, le débit, etc. Les médecins font de leur mieux pour effectuer des ajustements en fonction de l'état de chaque nourrisson et pour minimiser les blessures. Pourtant, de nombreux nourrissons sont blessés au cours de ce processus qui est pourtant vital.
C'est là que le modèle unique développé par les chercheurs du Technion entre en scène. Après une activité de recherche prolongée au niveau de la modélisation mathématique des flux d'air respiratoire, M. Nof et le professeur Sznitman ont développé un modèle physique en silicone qui simule- en 3D et en taille réelle- les voies respiratoires supérieures d'un bébé prématuré.

Les chercheurs ont été surpris de découvrir un phénomène non mentionné dans la littérature médicale: un jet d'air à la sortie du tube inséré dans la bouche du bébé. "Jusqu'à présent, on savait que le tube pouvait causer des blessures abrasives aux tissus délicats, mais les effets du flux d'air étaient négligés",a déclaré Nof.

« Dans la présente étude, nous avons découvert pour la première fois qu'en raison de son emplacement à l'intérieur de la trachée du bébé, ce jet exerce de fortes forces de cisaillement sur le tissu épithélial - la couche de cellules qui recouvre les voies respiratoires supérieures. Ces forces peuvent causer des dommages, y compris une inflammation, qui posent un risque réel pour le bébé prématuré. »
Les chercheurs ont examiné ces résultats dans un modèle en silicium et ont constaté qu'en effet, le jet exerce une friction sur le tissu pulmonaire qui peut causer des dommages importants. Avec une étude plus approfondie, ils ont l'intention de développer des cellules biologiques vivantes sur le modèle et d'examiner l'effet du jet.

Selon le Dr Liron Borenstein, médecin principal au Département de néonatologie et de soins intensifs néonatals de Rambam, «Grâce aux progrès de la médecine, nous sommes aujourd'hui en mesure de traiter les nourrissons prématurés plus jeunes et les maladies plus complexes. Cependant, la morbidité respiratoire est toujours un facteur important de mortalité et de morbidité infantile prématurée. La technologie présentée dans cet article - créer un modèle d'une zone saine et spécifique et explorer les forces exercées sur les tissus par un jet d'air créé sous la respiration invasive - peut nous faire progresser dans la compréhension des mécanismes conduisant aux dommages de la ventilation que nous voulons prévenir et développer des techniques de respiration plus douce qui conviennent à la population infantile prématurée. »

Le professeur Josué Sznitman est né en France et a grandi aux États-Unis et en Suisse. L’été 2010, avec un doctorat de l'ETH Zurich, il fait son aliyah et rejoint la faculté du Technion. Il remporte de nombreux prix,dont le prix du jeune chercheur de la Société internationale des aérosols en médecine (ISAM) (pour un chercheur de moins de 40 ans). Il dirige actuellement le laboratoire des biofluides à la Faculté de génie biomédical. Le professeur Sznitman a développé le premier outil de diagnostic qui permet une surveillance quantitative de la dynamique des particules inhalées dans le système respiratoire. Ce «acinus-on-a-chip» (une plateforme microfluidique pour les flux acineux pulmonaires) est pertinent à la fois pour l'évaluation des risques pour la santé (infections, etc.) et pour l'évaluation et la planification des médicaments pour le système respiratoire.

Eliram Nof a fait son aliyah des États-Unis à l'âge de 18 ans pour s'enrôler dans l'armée israélienne. Après avoir accompli son service militaire, il a poursuivi des études de baccalauréat et de maîtrise par une voie rapide à la Faculté de génie mécanique de l'Université Ben Gourion. Ses recherches principales, menées en collaboration avec le ministère de la Défense, sous la direction du professeur Oren Sadot et du professeur GabiBen-Dor au Shock Wave Research Laboratory, ont porté sur les effets du flux supersonique  En préparation de son doctorat, Eliram a décidé d'appliquer ses connaissances en dynamique des fluides aux problèmes du monde médical, d'où la collaboration avec le professeur Sznitman, qui le conseille sur son doctorat.

Source : Journal Of The Royal Society

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