Dès le début, Mat Risher s’était juré que la dialyse ne bouleverserait pas sa vie. Il travaillait dans une société de logiciels, menant des recherches sur un simulateur de course automobile, lorsque des lésions rénales dues à un lupus l’ont contraint à commencer les traitements de filtrage du sang trois fois par semaine.
Cinq ans ont passé, et les séances ont sapé sa détermination. Le jeune homme de 33 ans travaille désormais à temps partiel. Les bons jours, il aime essayer de nouvelles recettes. Les mauvais jours, son lupus s’emballe et la contrainte de la dialyse incessante le laisse exsangue. « Entre les deux, je n’ai pas de vie sociale, pas de vie amoureuse », dit M. Risher, qui vit près de Seattle, dans l’État de Washington. « Je suis devenu un reclus dans ma chambre. »
Risher est relativement chanceux ; il a accès à un traitement, alors que jusqu’à sept millions de personnes pourraient mourir chaque année sans bénéficier de tels soins1. Mais Risher, membre d’un conseil consultatif de patients au Center for Dialysis Innovation (CDI) de Seattle, est impatient de trouver une option plus vivable que la dialyse – qui n’a pratiquement pas changé depuis 50 ans.
Partez dans n’importe quel établissement, dit Buddy Ratner, codirecteur du CDI, et vous trouverez une grosse machine au chevet de chaque personne sous dialyse. « De nos jours, elle sera dotée d’écrans LCD et de commandes modernes », dit-il. « Mais regardez les photos de ces machines dans les années 1960. Elles ressemblent assez à ce que nous faisons aujourd’hui. » La survie a augmenté, mais malgré cela, seulement 42% des patients américains recevant la forme la plus courante de traitement, connue sous le nom d’hémodialyse, vivent même pendant cinq ans – ce qui est plus court que pour de nombreux cancers.
Les appareils de dialyse utilisent toujours à peu près la même technologie qu’il y a 50 ans.Credit : Walter Nurnberg/SSPL/Getty
Ratner fait partie d’un cadre international de médecins, de bioingénieurs et d’entrepreneurs qui s’efforcent de révolutionner le traitement de l’insuffisance rénale, en concevant des appareils suffisamment portables pour être transportés au travail ou portés à la taille. Certains développent même des reins artificiels qui pourraient être implantés chirurgicalement.
Les complexités restent décourageantes. La dialyse imite mal la sophistication du rein humain, et des versions améliorées et plus portables auront besoin de composants miniaturisés et d’une réduction substantielle de la quantité d’eau nécessaire. Toute approche faisant appel à des matériaux biologiques sera également confrontée à des obstacles réglementaires abrupts.
Mais une nouvelle vague de financement contribue à inverser les années de stagnation. L’année dernière, le président américain Donald Trump a publié un décret sur la santé rénale, comprenant des stratégies visant à réduire la pénurie de reins disponibles pour la transplantation, à encourager davantage la dialyse à domicile et à encourager la recherche sur les reins artificiels par le biais d’un partenariat appelé KidneyX. Ce partenariat est dirigé par le gouvernement américain et l’American Society of Nephrology et prévoit de réunir 250 millions de dollars US au cours des cinq prochaines années. L’année dernière, il a accordé un total de 1,1 million de dollars à 15 équipes de recherche basées aux États-Unis qui s’attaquent à diverses pièces du puzzle de la dialyse, y compris des groupes poursuivant des dispositifs de dialyse portables et des greffons rénaux bio-ingénierie.
Dans le monde entier, les essais cliniques de dispositifs portables progressent, et les chercheurs finalisent une approche low-tech qui, espèrent-ils, atteindra les régions du monde où l’eau potable n’est pas fiable et où la dialyse est rare.
Tous ces efforts sont une goutte d’eau par rapport à la lourde facture du traitement des personnes vivant avec une maladie rénale en phase terminale – au moins 35 milliards de dollars par an rien qu’aux États-Unis. Mais le secteur est optimiste. John Sedor, néphrologue à la Cleveland Clinic dans l’Ohio, qui préside le comité directeur de KidneyX, prévoit qu’un appareil beaucoup plus portable sera disponible dans les cinq prochaines années, et le premier appareil portable dans la prochaine décennie. « Je pense que nous vivons une époque remarquable et que nous sommes à un point de basculement dans notre domaine », dit-il.
Cette innovation est attendue depuis longtemps, selon Valérie Luyckx, néphrologue à l’hôpital cantonal des Grisons en Suisse, qui fait des recherches sur le fardeau mondial des maladies rénales. La dialyse « est une industrie de plusieurs milliards de dollars, dont les bénéfices se chiffrent en milliards depuis le début des années 1960 », dit-elle. « Et personne n’a pris la peine d’essayer d’innover jusqu’à ce que, tout à coup, il y ait des recherches et des subventions pour cela. »
Un organe intelligent
Les reins sont des organes complexes et résilients, chacun ayant à peu près la taille d’un poing. Ils filtrent quelque 140 litres de sang chaque jour, laissant derrière eux un litre ou deux d’eau et de déchets sous forme d’urine.
Chaque rein comporte un treillis d’environ un million de minuscules unités de filtrage, appelées néphrons. Le sang qui pénètre dans un néphron passe par un groupe de petits vaisseaux appelés glomérules. Les parois fines du glomérule permettent le passage des déchets, de l’eau et d’autres petites molécules, tout en bloquant les plus grosses, comme les protéines et les cellules sanguines. De là, le liquide filtré s’écoule dans les tubules rénaux, où l’équilibre des minéraux, de l’eau, des sels et du glucose est calibré et où les molécules nécessaires aux fonctions corporelles sont réabsorbées dans la circulation sanguine.
Mais de nombreuses conditions médicales peuvent mettre les reins à rude épreuve, notamment le diabète, l’obésité et l’hypertension artérielle. Et ces conditions sont de plus en plus courantes. D’ici 2030, on prévoit que 5,4 millions de personnes dans le monde bénéficieront d’une dialyse ou d’une greffe, et que beaucoup d’autres mourront sans1.
Pour l’hémodialyse, les patients doivent généralement se rendre dans une clinique, où ils sont reliés à une machine de plus de 100 kilos qui filtre le sang du patient à travers une membrane semi-perméable, conçue pour reproduire la fonction du glomérule. Ensuite, une solution de dialyse à base d’eau est utilisée pour rééquilibrer les composants du sang et évacuer les toxines par le drain. Selon Jonathan Himmelfarb, l’autre codirecteur du CDI, l’hémodialyse est bien plus efficace pour reproduire le filtrage que pour réaliser le subtil rééquilibrage assuré par les tubules rénaux. Les reins sains procèdent à des ajustements subtils 24 heures sur 24, alors que les patients ne bénéficient que de 12 heures de dialyse réparties sur trois séances par semaine, explique-t-il. Rééquilibrer le sang aussi brusquement peut constituer un choc pour l’organisme, qui met des heures à s’en remettre. C’est ce qu’on appelle le lavage de dialyse. Risher, qui prend une navette pour se rendre à la dialyse, s’endort souvent sur le chemin du retour.
Le traitement inefficace est également très coûteux, jusqu’à 91 000 dollars par an et par patient aux États-Unis. Et en plus d’utiliser beaucoup d’eau, l’approche actuelle consomme de grandes quantités d’énergie et de matériaux tels que les plastiques. « Nous utilisons des quantités massives d’eau – ce n’est pas une thérapie verte », dit Sedor.
Plus, l’accès est inégal dans le monde. Pas plus d’un tiers des personnes en Asie reçoivent une dialyse, et encore moins en Afrique1 (voir » Un besoin négligé « ). Et même lorsque les patients d’Afrique subsaharienne commencent les traitements, ils sont rarement en mesure de les maintenir plus de quelques mois2.
La raison, en grande partie, est le coût. Même lorsque le gouvernement paie les séances, la famille du patient doit souvent payer la facture des tests de laboratoire, des médicaments et d’autres frais, explique Gloria Ashuntantang, néphrologue à l’hôpital général de Yaoundé au Cameroun. « La plupart de nos patients vont arrêter la thérapie à mi-chemin, après avoir vendu tous leurs biens, et les enfants ayant abandonné l’école. »
Pour autant, il n’y a pas eu de volonté d’améliorer la procédure, en partie parce que le traitement s’est avéré très rentable pour les prestataires de dialyse du monde entier, explique Murray Sheldon, médecin et directeur associé pour la technologie et l’innovation au Centre pour les dispositifs et la santé radiologique de la Food and Drug Administration (FDA) américaine. « Ils ont une vache à lait. Et il n’y a pas besoin d’innover. » Les entreprises de dialyse contestent cet argument. Brad Puffer, porte-parole américain de Fresenius Medical Care à Waltham, dans le Massachusetts, affirme que son entreprise investit dans des améliorations, notamment un appareil d’hémodialyse qui intègre un matériau conçu pour réduire la coagulation du sang, un effet secondaire potentiel que les bénéficiaires actuels doivent prendre des médicaments pour éviter.
Un rein dans un sac à dos
L’un des gros problèmes de la dialyse moderne est que les machines nécessitent de grandes quantités d’eau : 120 à 180 litres pour chaque séance de 4 heures, explique Himmelfarb. « Évidemment, personne ne peut transporter cela autour de lui, car cela pèserait des tonnes ». Il existe quelques modèles à domicile commercialisés comme portables : Fresenius vend un appareil qui, selon elle, donne plus de mobilité aux patients. Il pèse 34 kilogrammes et peut être utilisé avec un robinet domestique, à condition que l’eau réponde à certaines normes de qualité. Mais la première priorité pour rendre la dialyse plus pratique est de supprimer la nécessité d’une alimentation en eau externe.
À Seattle, les chercheurs du CDI ont mis au point une technique qui pousse la solution de dialyse usagée à travers une cartouche qui utilise la lumière pour convertir l’urée – une toxine clé ciblée par la dialyse – en azote et en dioxyde de carbone, afin que la solution puisse être recyclée3. La méthode peut éliminer 15 grammes d’urée en 24 heures, ce qui est suffisant pour la plupart des personnes souffrant d’insuffisance rénale, et ne nécessite que 750 millilitres de solution, précise Himmelfarb.
Le dispositif d’hémodialyse autonome de l’équipe pourrait être rendu suffisamment compact pour tenir dans une valise à roulettes, précise Himmelfarb, et ne pas peser plus de 9 kilogrammes. Idéalement, les patients l’utiliseraient quotidiennement, dit-il.
Un autre groupe qui tente de réduire la taille de la dialyse a récemment été formé par la Fondation néerlandaise du rein, la société de dispositifs médicaux Debiotech à Lausanne, en Suisse, et des assureurs à but non lucratif. Son dernier prototype, qu’elle espère mettre à la disposition des patients d’ici 2023, pèse environ 10 kilogrammes et ne nécessitera que 6 litres de solution, selon Ton Rabelink, néphrologue au centre médical universitaire de Leiden, aux Pays-Bas, qui fait partie du conseil consultatif médical de la société, appelée NextKidney. Le dispositif, qui pourrait être utilisé à domicile, limite la quantité de solution de dialyse nécessaire en utilisant un matériau absorbant pour absorber les toxines, explique Ton Rabelink.
À Singapour, des chercheurs de la société de technologie médicale AWAK ont testé un dispositif encore plus léger, qui ne pèse pas plus de 3 kilogrammes. Il est conçu pour la dialyse péritonéale, une technique qui utilise un cathéter pour envoyer la solution de dialyse dans la cavité abdominale, où une paroi (le péritoine) filtre les toxines du sang afin qu’elles puissent s’écouler, avec la solution, dans une poche vide.
Le dispositif AWAK repose sur une pompe et une cartouche pour absorber les toxines de la solution utilisée afin qu’elle puisse être remise en circulation. Chaque traitement quotidien durerait de sept à dix heures.
Ces reins de porc ont été débarrassés de leurs propres cellules et sont ensemencés avec des cellules humaines pour développer un rein artificiel biologique. Crédit : Miromatrix
L’entreprise a terminé un essai de sécurité impliquant 15 adultes à l’hôpital général de Singapour en 2018. Elle n’a signalé aucun événement indésirable grave, bien que certains patients aient ressenti un inconfort abdominal ou des ballonnements. Le dispositif est l’un des nombreux produits plus portables en développement que la FDA a accepté d’accélérer dans le cadre de son programme de « dispositifs révolutionnaires ».
Mais tester un dispositif dans le cadre contrôlé d’un hôpital est très différent de l’utiliser dans la vie quotidienne, explique Arshia Ghaffari, un chercheur qui dirige les services de dialyse de l’Université de Californie du Sud à Los Angeles. En outre, il est possible que la recirculation constante de la solution de dialyse mette à rude épreuve les membranes délicates et « brûle le péritoine plus rapidement », ajoute-t-il. Un porte-parole de l’entreprise a écarté cette inquiétude, affirmant que le liquide est remis en circulation par petits incréments, seulement 250 millilitres à la fois.
Dans certaines régions du monde, la dialyse péritonéale n’est pas une option, en raison des coûts d’expédition des lourds sacs de solution. Un concours international mené par le George Institute for Global Health à Camperdown, en Australie, en 2015, a cherché des moyens d’améliorer l’accès.
La technologie gagnante, développée par l’ingénieur irlandais Vincent Garvey, intègre un kit léger qui comprend des sacs stériles contenant un mélange sec (dextrose et sels), ainsi qu’un distillateur d’eau de la taille d’une boîte à pain, qui stérilise l’eau utilisée pour faire le mélange. L’équivalent d’un mois de fournitures pourrait être expédié dans une boîte pesant 3 kilogrammes, ce qui représente une grande amélioration par rapport à une journée typique de fournitures, qui pèse 8 kilogrammes, explique John Knight, directeur général d’Ellen Medical Devices à Camperdown, qui a été créée pour développer le prototype. L’objectif de Knight est d’achever un essai clinique d’ici la fin de l’année prochaine.
Recréer le rein
Les chercheurs de l’Université de Californie, San Francisco (UCSF), et de l’Université Vanderbilt à Nashville, Tennessee, ont contourné les dispositifs externes et se sont plutôt concentrés sur le développement d’un prototype de rein qui, espèrent-ils, sera un jour implanté chirurgicalement dans le corps d’un patient. Il ne nécessiterait pas de pompe car il serait attaché à des artères clés et alimenté par la pression sanguine, explique le néphrologue de Vanderbilt William Fissell, qui codirige la recherche avec Shuvo Roy de l’UCSF.
Le dispositif contient deux parties clés : un système de filtration du sang et un module de recalibrage infusé de cellules. Le filtre est composé de membranes de silicium avec des pores à l’échelle nanométrique qui sont conçus pour imiter le glomérule. Le module de recalibrage utilise des cellules tubulaires provenant de reins humains mis au rebut pour rééquilibrer les composants du sang, explique Fissell.
La fin de l’année dernière, les chercheurs ont indiqué lors d’une réunion de l’American Society of Nephrology qu’ils avaient réalisé le premier test de sécurité du module de recalibrage chez le porc, sans aucun des problèmes graves souvent observés avec les dispositifs implantés, notamment une réaction immunitaire ou des caillots sanguins.
Les néphrologues de San Francisco espèrent un jour implanter ce rein artificiel chez des patients et ont testé certains de ses composants sur des animaux.Crédit : Susan Merrill/UCSF
Mais M. Rabelink pense que les dispositifs implantables seront plus difficiles à développer, car ils reposent sur un mélange d’éléments techniques et biologiques, ce qui complique la conception et crée des obstacles réglementaires supplémentaires. En attendant, il pense que les progrès de la recherche sur les cellules souches pourraient surpasser ces efforts. « En fin de compte, ce serait tellement mieux que n’importe quel dispositif, d’avoir votre propre fonction rénale régénérée ou prolongée », dit-il.
Mais Fissell et Roy rétorquent que les techniques de cellules souches ont été lentes à porter leurs fruits dans d’autres domaines, comme le traitement du diabète, de sorte que des dispositifs tels que les pompes à insuline automatisées ont ouvert la voie. M. Fissell décrit le principal obstacle du projet comme étant l’obtention d’un financement suffisant pour fabriquer le dispositif, qui a à peu près la taille d’une canette de boisson gazeuse, à une échelle plus grande et normalisée afin qu’il puisse être évalué par les organismes de réglementation américains. « J’ai le droit sur mon bureau – il est prêt à coudre », dit-il.
Malgré la confiance de certaines équipes, Sheldon pense que recréer la sophistication d’un rein est trop complexe pour une seule équipe, et nécessitera probablement un mélange d’ingénierie et de biologie, plus beaucoup d’argent. Il a proposé l’idée d’une coalition internationale lors d’une réunion de la Société américaine de néphrologie l’année dernière, et a prévu une série de réunions en Europe dans le courant de l’année avec des parties prenantes et des groupes médicaux.
Pour Risher et d’autres patients, l’accès à n’importe quel dispositif portable serait libérateur, offrant « cette liberté et cette flexibilité de faire la dialyse quand je veux la faire », dit-il. En tant qu’aficionado des voitures, il rêve de jeter son appareil sur le siège passager et de prendre la route, avec pour seul horizon l’horizon devant lui
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