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De la bière à la biotechnologie : quels sont les substituts sanguins les plus étranges de l'histoire
Le substitut sanguin (également appelé sang artificiel ou substitut sanguin) est une substance qui simule et satisfait certaines fonctions du sang biologique. Ces substituts sont conçus pour offrir une alternative à la transfusion, le processus de transfert de sang ou de produits à base de sang d’une personne à une autre. À ce jour, il n’existe pas de substitut reconnu au sang transportant l’oxygène, la cible typique des transfusions de globules rouges ; cependant, plusieurs expanseurs de volume non sanguins sont disponibles dans le commerce pour les situations où seule une restauration hydrique est nécessaire. Ces produits aident les médecins et les chirurgiens à éviter les risques de transmission de maladies et d’immunosuppression tout en remédiant à la pénurie de donneurs de sang et en répondant aux besoins de ceux qui refusent les transfusions sanguines pour des raisons religieuses, comme les Témoins de Jéhovah.
Les principaux substituts sanguins « transporteurs d’oxygène » comprennent les transporteurs d’oxygène à base d’hémoglobine (HBOC) et les émulsions de perfluorocarbone, tandis que les produits d’oxygénothérapie font actuellement l’objet d’essais cliniques aux États-Unis et dans l’Union européenne.
L’histoire de la recherche sur les substituts sanguins remonte à 1616, lorsque William Harvey a découvert le système circulatoire sanguin. Les scientifiques de l’époque ont expérimenté la bière, l’urine, le lait et le sang d’animaux non humains comme substituts du sang. Sir Christopher Wren a même proposé d’utiliser le vin et l’opium comme alternatives. Alors que la médecine transfusionnelle moderne se développait au début du XXe siècle, les travaux de Landstein et de ses co-auteurs ont conduit au début d’une compréhension des principes de base de la sérologie des groupes sanguins.
Les restrictions sur la transfusion sanguine en temps de guerre, comme pendant la Seconde Guerre mondiale, ont ouvert la voie à la recherche sur les substituts du sang.
Les premières tentatives de substituts sanguins se sont heurtées à des effets secondaires importants que les connaissances et la technologie disponibles à l’époque ne permettaient pas d’éliminer assez rapidement. L’émergence du SIDA dans les années 1980 a une fois de plus stimulé la nécessité de développer des substituts sanguins plus sûrs. En raison des inquiétudes du public concernant la sécurité de l'approvisionnement en sang et des conséquences de l'encéphalopathie spongiforme bovine, les dons de sang continuent de diminuer alors que la demande continue d'augmenter. Cette situation contradictoire a créé un environnement favorable au développement de nouveaux substituts du sang. En 2023, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) a annoncé le financement de 12 universités et laboratoires pour mener des recherches sur le sang synthétique, les essais sur l'homme devant avoir lieu entre 2028 et 2030.
Chemin de développement
Le développement de substituts sanguins s’est concentré sur les molécules capables de transporter l’oxygène, les travaux majeurs portant sur l’hémoglobine recombinante (la molécule qui transporte normalement l’oxygène) et les perfluorocarbures (PFC). Le premier substitut sanguin transportant de l'oxygène approuvé était un produit à base de perfluorocarbone, le Fluosol-DA-20, produit par Green Cross Corporation du Japon et approuvé par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis en 1989. Bien que le produit ait été retiré du marché en 1994 en raison d’une efficacité limitée, de difficultés d’apprentissage et d’effets secondaires, Fluosol-DA reste le seul produit d’oxygénothérapie à recevoir l’approbation complète de la FDA.
En 2017, aucun produit à base d’hémoglobine n’avait été approuvé.
Exploration des perfluorocarbures
Les produits chimiques perfluorés sont insolubles dans l’eau et ne se mélangent pas au sang. Il faut donc réaliser une émulsion en dispersant de petites particules de PFC dans l’eau. Ce liquide est mélangé à des antibiotiques, des vitamines, des nutriments et des sels pour créer un cocktail d’environ 80 composants différents qui remplissent de nombreuses fonctions importantes du sang naturel. Le diamètre des particules de PFC est d'environ 1/40 de celui des globules rouges. Cette petite taille permet aux particules de PFC de traverser les capillaires où il n'y a pas de flux de globules rouges, ce qui peut théoriquement être bénéfique pour les tissus endommagés et ischémiques.
Les solutions PFC ont une capacité de transport d’oxygène si forte que même les mammifères (y compris les humains) peuvent survivre en respirant des solutions PFC liquides. Les PFC offrent également des avantages qui ne dépendent pas de l’hémoglobine modifiée, ont une capacité de fabrication illimitée et sont capables de stériliser par la chaleur et de transférer l’oxygène et d’éliminer le dioxyde de carbone de manière très efficace.
Défis liés à l'hémoglobineL’hémoglobine est le composant principal des globules rouges, représentant environ 33 % de la masse cellulaire. Les produits à base d’hémoglobine sont appelés transporteurs d’oxygène à base d’hémoglobine (HBOC). L'hémoglobine libre non modifiée est incapable d'oxygéner efficacement les tissus en raison de sa forte affinité pour l'oxygène et de sa courte demi-vie dans les vaisseaux sanguins, ce qui limite son application clinique. Pour surmonter ces toxicités, les chercheurs ont adopté diverses approches telles que le génie génétique, la réticulation, la polymérisation et l’encapsulation.
La recherche et le développement de nombreux produits à base d'hémoglobine ont connu des hauts et des bas. De nombreux produits ont été abandonnés en raison d'une mortalité accrue ou de problèmes de sécurité, et aucun d'entre eux n'a été poursuivi à ce jour.
Possibilités des cellules souches
Les cellules souches offrent la possibilité de produire du sang transfusionnel. Selon les recherches de Giarratana et al., les cellules souches hématopoïétiques sont utilisées pour la production in vitro à grande échelle de cellules sanguines humaines matures. Ces cellules cultivées ont la même teneur en hémoglobine et la même morphologie que les globules rouges naturels, et leur durée de vie est proche de celle des cellules sanguines humaines. celle des globules rouges normaux.
En 2010, une équipe expérimentale du ministère de la Défense américain a commencé à travailler à la création de sang artificiel destiné à être utilisé dans des zones reculées et à transfuser plus rapidement du sang aux soldats blessés. Le sang est fabriqué à partir de cellules souches hématopoïétiques prélevées sur le cordon ombilical d'une mère humaine, à l'aide d'un procédé appelé « hémothérapie ». Cette technologie a été utilisée par le passé sur des animaux et des plantes pour produire en masse des substances médicales, chaque cordon ombilical produisant environ 20 unités de sang.
Après examen par la FDA, ce type de sang s'est avéré sûr et conforme aux exigences de la FDA. S'il est utilisé avec succès, le coût par unité passera de 5 000 $ à moins de 1 000 $ et il sera compatible avec tous les groupes sanguins courants.
Aujourd'hui, avec l'évolution de la technologie, la perspective du sang artificiel semble de plus en plus prometteuse, mais la question de savoir si le développement de substituts sanguins peut réellement résoudre les défis médicaux auxquels nous sommes confrontés nécessite encore une réflexion approfondie ?
