Challenging the ex vivo lung perfusion procedure with continuous dialysis in a pig model | Remise en question de la procédure de perfusion pulmonaire ex vivo par modification du liquide de perfusion avec dialyse continue dans un modèle porcin

English. Ex Vivo Lung Perfusion (EVLP) is an innovative technique that enhances the function of donor lungs with extended criteria, thus increasing the number of organs available for transplantation. By ventilating and perfusing the lungs at normothermia, this method allows for the recovery of lungs of uncertain quality and makes them suitable for transplantation. However, prolonged EVLP can lead to edema, inflammatory responses, and the accumulation of metabolic waste. To address these limitations, my thesis work explored the effect of integrating a hemodialyzer into the EVLP circuit to regulate the composition of the perfusion fluid and maintain lung viability, evaluating the biological effects over 6 and 12 hours in a porcine model.MethodsThe experiments were conducted in accordance with EU guidelines and French regulations, approved by the COMETHEA ethics committee. Sixteen pigs were divided into four EVLP groups: without perfusion fluid change, hourly partial replacement (TORONTO protocol), pediatric dialysis, and adult dialysis. Pediatric dialysis used a membrane with an effective surface area of 0.2 m² and a filtration threshold of 30 kDa, while adult dialysis used a membrane with an effective surface area of 1.8 m² and a filtration threshold of 40 kDa. The first study was conducted over 6 hours with all four groups, and the second over 12 hours with the hourly partial replacement and pediatric dialysis groups.Physiological and metabolic parameters were measured, cytokines were assayed by Luminex/Multiplex, and gene expression profiles were evaluated by RNA sequencing.ResultsAnalysis of physiological parameters showed stability in lung compliance, pulmonary arterial pressure, and gas exchange without significant differences between groups. The dialysis procedures corrected electrolyte and metabolic imbalances, stabilizing lactate and glucose concentrations. However, inflammatory cytokines (TNFα, IL-6, IL-8, IL-10) increased after three hours, with higher levels in the pediatric dialysis group.Gene expression analyses revealed that EVLP is associated, regardless of group, with the activation of inflammatory pathways, cell survival, and proliferation. In contrast, pediatric dialysis induced expression profiles predictive of stronger endothelial activation and cytokine signaling compared to hourly partial replacement.ConclusionThe addition of a dialysis circuit to the EVLP protocol allows for better electrolyte and metabolic balance in the perfusion fluid. However, this approach is associated with an increase in inflammatory cytokines, which could have negative implications for lung transplantation. Despite promising prospects, further evaluations and improvements are necessary before clinical application, including the use of enhanced adsorption membranes and the addition of nutrients to optimize the perfusion system. These results highlight the importance of functional genomic analyses to understand the biological response to EVLP and guide future improvements.

French. La Perfusion Pulmonaire Ex Vivo (PPEV) est une technique innovante permettant d'améliorer la fonction des poumons de donneurs à critères élargis, augmentant ainsi le nombre d'organes disponibles pour la transplantation. En ventilant et perfusant les poumons en normothermie, cette méthode permet de récupérer des poumons de qualité incertaine et de les rendre aptes à la transplantation. Cependant, la PPEV prolongée peut entraîner œdème, réponses inflammatoires et accumulation de déchets métaboliques. Pour pallier ces limitations, mes travaux de thèse ont exploré l'effet de l'intégration d'un hémodialyseur dans le circuit de PPEV afin de réguler la composition du liquide de perfusion et maintenir la viabilité pulmonaire, en évaluant les effets biologiques sur 6 et 12 heures dans un modèle porcin.Méthodes Les expérimentations ont été menées conformément aux directives de l'UE et aux réglementations françaises, approuvées par le comité éthique COMETHEA. Seize porcs ont été répartis en quatre groupes de PPEV : sans changement de liquide de perfusion, remplacement partiel horaire (protocole TORONTO), dialyse pédiatrique et dialyse adulte. La dialyse pédiatrique utilisait une membrane avec une surface efficace de 0,2 m² et un seuil de filtration de 30 kDa, tandis que la dialyse adulte utilisait une membrane avec une surface efficace de 1,8 m² et un seuil de filtration de 40 kDa. La première étude a été réalisée sur une durée de 6 heures avec les 4 groupes, et la seconde sur 12 heures avec les groupes remplacement partiel horaire et dialyse pédiatrique.Les paramètres physiologiques et métaboliques ont été mesurés, les cytokines ont été dosées par Luminex/Multiplex, et les profils d'expression génique ont été évalués par séquençage d'ARN.Résultats L'analyse des paramètres physiologiques a montré une stabilité de la compliance pulmonaire, de la pression artérielle pulmonaire et des échanges gazeux sans distinction significative entre les groupes. Les procédures de dialyse ont corrigé les déséquilibres électrolytiques et métaboliques, stabilisant les concentrations de lactate et de glucose. Cependant, les cytokines inflammatoires (TNFα, IL-6, IL-8, IL-10) ont montré une augmentation après trois heures, avec des niveaux plus élevés dans le groupe de dialyse pédiatrique.Les analyses d'expression génique ont révélé que la PPEV est associée, quelque soit le groupe, à l'activation des voies inflammatoires, de la survie cellulaire, et de la prolifération. Par contre, la dialyse pédiatrique a induit des profils d'expression prédictifs d'une plus forte activation endothéliale et d'une plus forte signalisation cytokinique par rapport au remplacement partiel horaire.Conclusion L'ajout d'un circuit de dialyse au protocole de PPEV permet un meilleur équilibre des électrolytes et du métabolisme du liquide de perfusion. Cependant, cette approche est associée à une augmentation des cytokines inflammatoires, ce qui pourrait avoir des implications négatives pour la transplantation pulmonaire. Malgré des perspectives prometteuses, des évaluations supplémentaires et des améliorations sont nécessaires avant une application clinique, notamment l'utilisation de membranes d'adsorption améliorées et l'ajout de nutriments pour optimiser le système de perfusion. Ces résultats soulignent l'importance des analyses génomiques fonctionnelles pour comprendre la réponse biologique à la PPEV et guider les améliorations futures.