Développement d'une méthode pour visualiser et quantifier la formation de thrombus dans les oxygénateurs à membrane extracorporelle

L’oxygénation par membrane extracorporelle (Extracorporeal Membrane Oxygenation, ECMO) est une technologie de support vital utilisée pour les patients souffrant d’insuffisance cardiaque et respiratoire. Bien que l’ECMO joue un rôle crucial en clinique, son utilisation s’accompagne d’un risque significatif de thrombose associée aux dispositifs médicaux. La formation de thrombus peut non seulement entraver le flux sanguin dans l’oxygénateur, mais aussi réduire l’efficacité des échanges gazeux, et même provoquer des complications graves telles que l’embolie pulmonaire et l’accident vasculaire cérébral ischémique. Actuellement, la pratique clinique repose principalement sur des anticoagulants systémiques (comme l’héparine) pour réduire le risque de thrombose, mais l’anticoagulation elle-même comporte des risques tels que les saignements et la thrombopénie induite par l’héparine. Par conséquent, il est d’une importance clinique majeure d’étudier comment réduire la formation de thrombus dans les oxygénateurs ECMO et de développer des stratégies antithrombotiques plus efficaces.

Dans ce contexte, Jenny S. H. Wang et son équipe ont mené une étude visant à développer une méthode de visualisation et d’analyse quantitative de la formation de thrombus dans les oxygénateurs ECMO. Grâce à cette méthode, les chercheurs peuvent mieux comprendre les modèles de distribution des thrombus dans les oxygénateurs et fournir une base scientifique pour évaluer de nouveaux biomatériaux ou stratégies pharmacologiques antithrombotiques.

Source de l’article

Cette étude a été réalisée par des chercheurs de plusieurs institutions, notamment Oregon Health & Science University et Johns Hopkins University, et inclut des chercheurs tels que Jenny S. H. Wang, Amelia A. Rodolf, Caleb H. Moon, entre autres. L’article a été publié en 2025 dans la revue Cellular and Molecular Bioengineering, sous le titre Development of a Method for Visualizing and Quantifying Thrombus Formation in Extracorporeal Membrane Oxygenators.

Déroulement de l’étude

1. Recrutement des patients et collecte des oxygénateurs

L’étude a d’abord recruté des patients âgés de 18 ans et plus recevant un traitement ECMO, et a collecté leurs oxygénateurs utilisés. Les patients dont l’utilisation de l’ECMO était prévue pour moins de 24 heures, ainsi que ceux souffrant d’hémophilie ou d’une déficience congénitale en facteur XII de coagulation, ont été exclus. Au final, l’étude a inclus 18 oxygénateurs provenant de 17 patients (13 oxygénateurs carrés et 5 oxygénateurs circulaires). Les oxygénateurs ont été immédiatement rincés avec une solution saline après leur retrait du patient, pour empêcher la formation ultérieure de thrombus.

2. Traitement et fixation des oxygénateurs

Les oxygénateurs collectés ont été fixés dans une solution de paraformaldéhyde à 4 % pour préserver leur intégrité structurelle. Ensuite, les chercheurs ont utilisé une scie à ruban en acier inoxydable pour découper la coque des oxygénateurs et retirer les composants internes tels que les ressorts métalliques, afin d’éviter les artefacts lors de l’imagerie ultérieure. Pour les oxygénateurs circulaires, les chercheurs les ont coupés en deux le long de l’axe vertical pour s’adapter aux exigences du système de microCT.

3. Imagerie microCT et reconstruction des images

Les oxygénateurs ont été immergés dans une solution de Lugol avant l’imagerie pour améliorer le contraste des thrombus. Les chercheurs ont utilisé le système microCT Siemens Inveon pour imager les oxygénateurs, obtenant une pile tridimensionnelle de 1024 images. La résolution des images était de 98,731 micromètres, avec des paramètres d’imagerie de 80 kV et 114 µA.

4. Analyse quantitative des thrombus

Le logiciel Dragonfly a été utilisé pour la reconstruction et la segmentation des images microCT. Les chercheurs ont quantifié le volume des thrombus dans différentes régions des oxygénateurs par cartographie de densité (density mapping). Pour les oxygénateurs carrés, les chercheurs les ont divisés en cinq couches structurellement distinctes et ont calculé la surface des thrombus dans trois tranches aléatoires de chaque couche. Pour les oxygénateurs circulaires, en raison de leur structure uniforme, seule une analyse quantitative tridimensionnelle a été réalisée.

5. Microscopie électronique à balayage (MEB) et coloration histologique

Pour analyser plus en détail la composition des thrombus, les chercheurs ont extrait des échantillons de thrombus des oxygénateurs et les ont observés par MEB et coloration H&E. Les images MEB ont montré la distribution des érythrocytes, des plaquettes et de la fibrine dans les thrombus, tandis que la coloration H&E a été utilisée pour une analyse qualitative de la composition des thrombus.

Principaux résultats

1. Distribution spatiale des thrombus

Les résultats ont montré que la deuxième couche des oxygénateurs carrés (dans le sens du flux sanguin) présentait la plus grande surface de thrombus, indiquant que cette région est plus sujette à la formation de thrombus. Dans les oxygénateurs circulaires, les thrombus étaient principalement concentrés dans la région d’entrée du sang et se propageaient vers l’extérieur sous l’effet de la force centrifuge.

2. Quantification tridimensionnelle des thrombus

Grâce à la cartographie de densité tridimensionnelle, les chercheurs ont calculé le pourcentage de volume des thrombus dans les oxygénateurs. Les résultats ont montré que le volume des thrombus augmentait de manière significative avec la durée d’utilisation de l’ECMO. Aucun thrombus n’a été détecté dans les oxygénateurs non utilisés.

3. Analyse de la composition des thrombus

Les images MEB et la coloration H&E ont révélé que les thrombus de la première couche des oxygénateurs carrés étaient principalement composés d’érythrocytes, tandis que la deuxième couche était riche en fibrine. Dans les oxygénateurs circulaires, les thrombus présentaient un mélange étroit d’érythrocytes et de fibrine.

Conclusion de l’étude

Cette étude a permis de développer avec succès une méthode de visualisation et d’analyse quantitative de la formation de thrombus dans les oxygénateurs ECMO. Grâce à cette méthode, les chercheurs peuvent quantifier avec précision la distribution et le volume des thrombus dans les oxygénateurs, fournissant un outil important pour évaluer de nouvelles stratégies antithrombotiques. De plus, l’étude a mis en lumière l’influence de la structure des oxygénateurs sur la formation des thrombus, offrant une base scientifique pour améliorer la conception des oxygénateurs à l’avenir.

Points forts de l’étude

1. Innovation méthodologique : Cette étude est la première à appliquer la technologie microCT à l’analyse des thrombus dans les oxygénateurs ECMO, offrant une méthode de visualisation tridimensionnelle à haute résolution.
2. Signification clinique : En quantifiant la formation des thrombus, cette méthode peut aider les cliniciens à mieux évaluer les risques de thrombose lors des traitements ECMO et à optimiser les protocoles d’anticoagulation.
3. Valeur scientifique : L’étude a révélé l’influence de la structure des oxygénateurs sur la formation des thrombus, fournissant une référence importante pour le développement de dispositifs ECMO plus sûrs.

Autres informations utiles

L’étude a également révélé que la formation de thrombus était plus rapide au début du traitement ECMO et que la composition des thrombus variait significativement selon les régions. Ces découvertes ouvrent de nouvelles perspectives pour étudier les mécanismes de formation des thrombus.

Résumé

L’étude de Jenny S. H. Wang et de son équipe a fourni un outil important pour la visualisation et l’analyse quantitative de la formation de thrombus dans les oxygénateurs ECMO. Cette méthode a non seulement une valeur clinique significative, mais offre également une base scientifique pour améliorer la conception des dispositifs ECMO à l’avenir. À travers des recherches supplémentaires, cette méthode pourrait jouer un rôle clé dans la réduction des complications thrombotiques associées à l’ECMO.