Demain, un implant pour remplacer le pancréas des diabétiques ?

Un implant qui viendrait prendre la place du pancréas malade, dans le ventre du patient, pourra-t-il un jour traiter le diabète ? Le projet évoque l’homme bionique mais il est déjà l’objet de recherches avancées pour trois équipes dans le monde, dont une en France. Isabelle Royaud, Professeur en Physique des matériaux polymères, Université de Lorraine, faisait le point sur cette piste prometteuse, à l'occasion de la journée mondiale du diabète , le 14 novembre dernier.

Lorsque le pancréas est déficient, cela oblige la personne à s’injecter plusieurs fois par jour l’insuline que cet organe ne produit plus, ou à subir des traitements lourds comme la greffe issue d’un donneur. L’insuline est en effet indispensable à la régulation du taux de sucre (glucose) dans le corps humain.

L’enjeu d’un implant est considérable si l’on pense aux 25 millions de personnes dans le monde touchées par le diabète de type 1 selon l’Organisation mondiale de la Santé, dont 300 000 en France. Les personnes souffrant d’un diabète de type 2, elles, ne sont pas concernées car elles peuvent être soignées avec des médicaments pris par voie orale.

Ce dispositif médical, destiné à être placé à l’intérieur de l’abdomen, est qualifié de pancréas « bio-artificiel ». « Artificiel » car formé d’une matière polymère synthétique, et « bio » car remplissant une fonction biologique, celle du pancréas. Cette solution est plus ambitieuse que celle d’un pancréas artificiel externe comme Diabeloop, qui se fixerait sur le bras ou le ventre. Elle vise à offrir au patient la vie la plus normale possible.

Un organe bio-artificiel, au stade du prototype

Actuellement, trois pancréas bio-artificiels sont en cours de développement dans le monde : l’un aux États-Unis, un autre en Israël et un troisième, en France. Breveté par la start-up alsacienne Defymed, le dispositif baptisé Mailpan est actuellement étudié dans notre équipe Physique, mécanique et plasticité, à l’Institut Jean Lamour (IJL-Campus Artem) de Nancy, pour la validation de ses propriétés mécaniques. Sur ce projet, l’IJL travaille au sein d’un consortium de la région Grand Est regroupant plusieurs partenaires académiques et industriels.

Ce pancréas bio-artificiel se présente sous la forme d’une petite poche de forme ronde, pas plus grosse qu’un CD. Déjà testé sur des rongeurs, il pourra être implanté chez des patients volontaires une fois que l’entreprise aura obtenu l’autorisation pour des essais cliniques. Il délivrera alors de manière autonome l’insuline en réponse à un taux élevé de glucose dans le sang. Un tel système doit permettre de soulager le malade de la contrainte lourde de surveiller sa glycémie plusieurs fois par jour et de se piquer chaque fois que nécessaire.

L’implant, donc, consiste en un disque de polymère ultrafin. Il est composé de deux membranes circulaires en thermoplastique soudées entre elles et formant une poche hermétique. Ces membranes encapsulent des cellules de pancréas sécrétrices d’insuline cultivées en laboratoire, d’origine humaine ou animale.

Des membranes semi-perméables permettant à l’insuline de sortir de l’implant

Semi-perméables, ces membranes permettent le passage, de l’extérieur vers l’intérieur, de l’oxygène et des nutriments indispensables à la survie des cellules pancréatiques, ainsi que du glucose circulant dans le sang. Dans l’autre sens, elles permettent à l’insuline de sortir de l’implant, à la demande. Ainsi, les cellules pancréatiques adaptent la quantité d’insuline à produire en fonction du taux de glycémie du patient.

Les membranes sont, en revanche, imperméables aux cellules du système immunitaire du receveur, ce qui doit empêcher une réaction de rejet de l’appareil par l’organisme. Pour que cette semi-perméabilité soit possible, elles sont dotées de pores dont la taille est suffisante pour permettre l’entrée des cellules que l’on veut laisser passer, mais trop petite pour celles que l’on veut bloquer.

En effet, un pancréas bio-artificiel doit remplir trois fonctions. D’abord, protéger les cellules pancréatiques transplantées des attaques du système immunitaire du patient. Ensuite, protéger le patient des cellules transplantées, car trop d’insuline dans le corps du patient pourrait lui être fatale. Enfin, l’implant doit maximiser la fonction des cellules transplantées, c’est-à-dire les amener à produire de l’insuline juste en quantité nécessaire, et au bon moment. Concernant le choix du matériau pour les membranes, le thermoplastique s’est imposé car il est simple à élaborer du point de vue industriel, bio-compatible et possède des propriétés mécaniques adéquates pour cette application.

Des tests de résistance aux chocs lors d’une chute, d’un accident ou d’une bagarre

Pour pouvoir implanter bientôt ce dispositif médical chez l’homme, les chercheurs doivent s’assurer que les membranes vont résister à quatre voire six années au vieillissement dans le corps humain, toute détérioration présentant un risque pour la vie du patient. C’est dans cet objectif que notre équipe, à l’IJL, étudie depuis trois ans les réactions du dispositif. La préoccupation porte sur l’évolution du matériau polymère au fil du temps. Nous vérifions notamment qu’il se montrera résistant aux mouvements quotidiens du porteur de l’implant. Il doit pouvoir encaisser aussi des chocs plus ou moins violents que le patient pourrait subir au niveau de l’abdomen, par exemple lors d’une chute ou dans une bagarre.

Il faut connaître les changements qui pourraient survenir avec ce matériau dans toutes les conditions imaginables d’utilisation. Nous testons donc la traction, la flexion, le cisaillement, le vieillissement dans l’eau et dans un milieu physiologique (le plus proche possible du fluide présent dans la paroi péritonéale où l’implant sera logé), ou encore la hausse de la température jusqu’à 40°, en cas de fièvre du patient. Si les membranes venaient à se fissurer ou à durcir, cela risquerait en effet de compromettre la survie des cellules encapsulées, et donc la délivrance d’insuline, ou au contraire d’entraîner une délivrance massive d’insuline dangereuse pour le patient. Au sein de notre équipe, Martin Donnay, ingénieur diplômé de l’École européenne d’ingénieurs en génie des matériaux, consacre à ces questions la thèse qu’il soutiendra sous peu.

Cet implant représente un espoir pour les patients diabétiques. De nombreux risques restent cependant à évaluer et il faut s’attendre à une longue phase d’essai clinique. Même si la problématique est différente, la mise au point d’un cœur artificiel par une autre société française, Carmat, montre que remplacer un organe à l’identique n’a rien d’anodin. Leurs essais, commencés en 2013, sont actuellement suspendus, suite au décès d’un cinquième patient fin 2016. Copier la nature est certes une entreprise complexe, mais c’est aussi l’un des plus formidables défis de notre époque.

Isabelle ROYAUDProfesseur en Physique des matériaux polymères, Université de Lorraine

Déclaration d’intérêts
Isabelle Royaud a reçu des financements de la région Grand Est et de l'Etat (BPI France et Communauté Urbaine du Grand Nancy CUGN).

Cet article a été publié par le site Theconversation le 13 novembre 2017.