De l'utérus au labo

Avez-vous déjà entendu parler d'un bébé dans un sac? Et oui, ça existe!

Ça s'appelle la grossesse ectogenèse grâce au placenta artificiel. Cela a été créé pour des bébés nés à moins de 22 semaines, qui ont seulement 30 % de chances de survie.

Le but est de recréer l'environnement utérin maternel, mais à l'extérieur du corps, grâce à différentes technologies, pour permettre un développement optimal des organes du fœtus.

On y retrouve notamment un sac utérin externe, du liquide amniotique artificiel, un accès vasculaire ombilical et un circuit externe qui vise à oxygéner le corps du fœtus afin de permettre aux poumons de bien se développer.

Mais le plus gros problème avec ce circuit, c'est ce qu'on appelle la thrombose : la formation d'un caillot sanguin qui peut entraîner de graves complications comme une embolie, une ischémie ou un AVC néonatal. Pour essayer d'éviter cela, trois éléments ont été conçus.

Premièrement, des tubes microscopiques en silicium; deuxièmement, un revêtement à base d'oxyde nitrique; et troisièmement, une substance « magique » appelée l'argatroban.

J'ai d'ailleurs fait quelques petites recherches au CHU de Québec pour en apprendre davantage.

Bref, aider un bébé à grandir grâce à la science, ce n'est pas le déshumaniser, mais bien le sauver.

Merci.

Je suis une grande amatrice de séries médicales. Un soir, en écoutant Grey's Anatomy, on y montrait un agneau prématuré à l'intérieur d'une poche. L'épisode suggérait qu'il serait possible de permettre à de grands prématurés de poursuivre leur développement à l'extérieur de l'utérus maternel.

J'ai effectué des recherches sur ce projet afin de pouvoir aider les millions de bébés qui naissent prématurément chaque année et qui subissent la malchance d'être venus au monde trop tôt. Ma mère était elle-même une grande prématurée; par chance, elle n'en garde aucune séquelle.

J'ai ensuite consacré des heures de recherche pour connaître l'état actuel des connaissances sur le sujet, ce qui m'a permis de développer une véritable passion pour la grossesse ectogenèse, une technologie développée par le Children's Hospital of Philadelphia.

En choisissant ce projet, je souhaitais comprendre l'environnement utérin maternel externe ainsi que les enjeux qui font qu'à ce jour, cette invention médicale n'est pas encore viable. Mon projet pourrait être bénéfique pour tous les bébés prématurés de 22 semaines et moins qui, actuellement, n'ont qu'environ 30 % de chances de survie et risquent de souffrir de séquelles irréversibles. Cette technologie médicale révolutionnaire pourrait transformer l'avenir des prochaines générations, non seulement en augmentant le taux de survie, mais aussi en sauvant la vie de milliers de bébés.

Je voulais montrer qu'aider un bébé à grandir, même à l'extérieur du ventre de sa mère, grâce à la science, ce n'est pas le déshumaniser, mais bien le sauver.

Afin d'acquérir une vision globale du concept de grossesse par ectogenèse, j'ai consacré de nombreuses heures à la recherche de documents médicaux et universitaires. Grâce à ceux-ci, j'ai appris comment était formé le placenta artificiel.

Premièrement, le fœtus serait logé dans un environnement stérile : le sac utérin externe, un substitut à l'utérus appelé Biobag. Constitué de polyéthylène biocompatible, ce dispositif comprend une ouverture latérale scellable, des ports étanches pour les canulations, ainsi qu'une plateforme régulant la température (~37 °C), la pression et le renouvellement du liquide amniotique (~100-300 mL/kg/h).

Pour reproduire le liquide amniotique, le liquide Amnio-well est composé d'électrolytes et de nutriments tels que le glucose (~0,1 g/L) et l'albumine (~0,5 g/dL), ainsi que d'acide ascorbique et d'ulinastatine afin de limiter le stress oxydant.

On retrouve aussi une triple canulations : deux canules dans les artères et une dans la veine, sur 5 à 10 cm du cordon naturel. Cette connexion utilise le sang du fœtus pour fournir les nutriments pour sa croissance et agir comme dialyse.

Le principal défi concernait les poumons immatures. Les chercheurs ont donc conçu un circuit artério-veineux sans pompe, inspiré de l'ECMO. Une membrane de silicone à faible résistance permet les échanges gazeux, tandis que le cœur fœtal assure la circulation (débit ~150-200 mL/kg/min).

Un enjeu fondamental réside dans le maintien d'une pression sanguine extrêmement faible, de l'ordre de 45-50 / 25-30 mmHg, en raison de la fragilité des vaisseaux. Toute pression excédentaire risquerait des lésions aux poumons.

Pour finir, il s'ajoute le risque de thrombose, vu la taille des vaisseaux fœtaux (<3 mm de diamètre) et l'impossibilité d'utiliser des anticoagulants comme l'héparine. J'ai donc expérimenté, avec le laboratoire de génie des biomatériaux du CHU de Québec, les propriétés anti-thrombotiques des matériaux, leur influence sur la turbulence et les propriétés d'adhérence des protéines.

L'un des principaux défis du placenta artificiel concerne l'oxygénation du fœtus à travers un circuit artério-veineux sans pompe, qui enrichit le sang en oxygène sans recourir aux poumons. Or, ce dispositif comporte un risque de thrombose, soit la formation de caillots sanguins. À long terme, ce phénomène peut entraîner des conséquences graves comme une embolie, une ischémie ou un AVC néonatal.

Mais qu'est-ce que la thrombose? Il s'agit d'un processus au cours duquel les protéines plasmatiques, les « polices » de notre sang, détectent une surface étrangère et s'y agglomèrent. Cela déclenche l'activation et l'agrégation des plaquettes. Par la suite, une cascade de protéines se déclenche, au cours de laquelle la fibrinogène est transformé en fibrine grâce à une enzyme appelée thrombine. Celle-ci fragmente le fibrinogène et forme un réseau, comparable à un filet de pêche, qui piège les globules rouges et permet la formation d'un caillot sanguin stable.

Pour prévenir ce phénomène, les chercheurs ont développé trois constituants innovants. D'abord, des nanotubes de silicium, aussi fins que des cheveux. Ils ont été conçus par l'équipe de Blauvelt (2025), leur structure ordonnée et leur surface ultralisse favorisent un écoulement laminaire du sang, c'est-à-dire sans turbulences, ce qui réduit l'activation plaquettaire. En imitant la fluidité naturelle des vaisseaux sanguins, les nanotubes limitent ainsi l'agrégation des plaquettes à la surface du dispositif, tout en permettant un fonctionnement avec une anticoagulation minimale.

Ensuite, un revêtement biomimétique nommé NOSA (Nitric Oxide Surface Anticoagulation), développé par l'Université du Michigan. Il est créé à partir du DBHD-N₂O₂, une molécule qui agit comme réservoir d'oxyde nitrique, substance habituellement produite par l'endothélium, les cellules tapissant l'intérieur des vaisseaux sanguins. Le DBHD-N₂O₂ est mélangé à du PLGA, un polymère biodégradable qui, au contact d'une solution aqueuse comme le sang, libère de l'acide lactique et de l'acide glycolique. L'environnement devient alors plus acide, ce qui permet au DBHD-N₂O₂ de libérer son oxyde nitrique. Ce dernier agit sur les plaquettes dans une enzyme appelée sGC (guanylate cyclase soluble), déclenchant une série de réactions chimiques menant à la formation de la protéine kinase G, qui empêche les plaquettes de s'agréger.

Enfin, de l'argatroban est ajouté. Cette substance inhibe la thrombine, bloquant ainsi la transformation du fibrinogène en fibrine et, par conséquent, la formation du caillot. Combiné au NOSA, ce système a permis à dix agneaux prématurés de survivre 6,8 ± 0,6 jours sans aucune anticoagulation systémique ni complication.

Bref, ce système permet de limiter efficacement la thrombose. Souhaitant comprendre plus concrètement comment ce phénomène se manifeste sur des biomatériaux, je me suis rendu au CHU de Québec, dans le laboratoire de génie des biomatériaux. J'y ai expérimenté l'adhésion des protéines sur différents matériaux et constaté pourquoi certains sont à privilégier au contact du sang. Grâce aux chercheurs, j'ai pu approfondir ma compréhension des matériaux biomimétiques, qui représentent l'un des plus grands défis dans le développement du placenta artificiel.

Mes résultats suite à mon expérimentation au CHU de Québec ont été très intéressants et m'ont permis de comprendre l'enjeu des biomatériaux dans un système de ce type.

Pour réaliser l'expérience, nous avons utilisé deux types de poches en PVC : une de sang et une de Ringer Lactate. Puisqu'il n'était pas possible d'utiliser du sang pour des raisons éthiques, nous l'avons remplacé par du lait, dont les protéines présentent une grande similarité avec les protéines plasmatiques.

Grâce à une approche scientifique rigoureuse, nous avons observé au microscope confocal des échantillons de bioplastiques afin d'évaluer leurs propriétés anti-thrombotiques, principalement axées sur l'anti-adhésion des protéines. Le protocole se déroulait en plusieurs étapes : d'abord, une image microscopique de chaque plastique était prise à titre de contrôle. Ensuite, nous faisions couler du lait 2 % à 37 °C sur la surface, suivi d'un rinçage au PBS (phosphate-buffered saline). Finalement, une nouvelle image au microscope confocal était comparée à celle du contrôle afin d'identifier les zones où une agglomération de protéines avait eu lieu.

Les résultats ont démontré que la poche de sang et la poche de Ringer Lactate présentaient une très faible adhésion des protéines lactiques, ce qui montre que certains bioplastiques déjà disponibles pourraient être utilisés avec un risque minime pour le fœtus, permettant potentiellement d'atteindre des tests humains dans un avenir proche.

Bref, les résultats obtenus par les chercheurs et lors de mon expérimentation au CHU de Québec laissent entrevoir l'espoir qu'un jour, cette solution puisse être utilisée chez un fœtus humain.

Des tests menés sur des agneaux prématurés (100-115 jours), suivis pendant quatre semaines, ont donné des résultats encourageants : oxygénation et circulation sanguine stables, poumons sans lésion, développement normal du système nerveux et du cerveau. Cette avancée majeure permet de gardé le foetus 11 fois plus longtemps que les tentatives précédentes, laissant présager une viabilité prochaine pour des tests humains.

Pour l'avenir, je souhaite contacter des chercheurs travaillant sur le placenta artificiel afin d'identifier les obstacles (thrombose, sortie du bébé) freinant son application humaine. De telles expérimentations sont la clé pour réduire les risques et offrir aux bébés un meilleur départ.

Un immense MERCI ! 💛

Ce projet n'aurait jamais vu le jour sans ces personnes incroyables, et je tiens à les remercier du fond du cœur.

À Felipe Da Gama, coordonnateur scientifique de Chercheur d'un jour, merci mille fois pour votre soutien sans faille dans ma recherche de mentors. Votre gentillesse et vos encouragements m'ont vraiment portée!

À Francine Langlois et Frédéric Gagnon, du Collège Maristes de Québec, merci d'avoir cru en moi et d'aider des jeunes comme moi à aller plus loin dans leurs rêves scientifiques!

Au professeur Marc-André Fortin, du Laboratoire des Biomatériaux pour l'Imagerie Médicale, un énorme merci d'avoir accepté de m'accompagner, d'avoir eu confiance en mon projet et de m'avoir guidée dans mes recherches.

À Samira Ravanbakhsh, Julie-Christine Lévesque, Farah Yiahiaoui, et à Benoît-Joseph Dupuis vous êtes extraordinaires ! Merci de m'avoir donné des moyens que je n'aurais jamais eus sans vous.

Enfin, merci à la Boîte à science et à Techno-Science d'offrir des expériences aussi magiques! ✨

Bibliographie:

Beall, M. H., van den Wijngaard, J. P. H. M., van Gemert, M. J. C., & Ross, M. G. (2007). Amniotic fluid water dynamics. Placenta, 28(8-9), 816-823. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17254633/

Blauvelt, D. G., Abada, E. N., Oishi, P., Roy, S., & Fineman, J. R. (2025). A silicon membrane microfluidic oxygenator for use as an artificial placenta with minimal anticoagulation. Bioengineering & Translational Medicine. https://doi.org/10.1002/btm2.70037

Blauvelt, D. G., Inany, H., Furlong-Dillard, J., Bharadwaj, S., Oishi, P., Kim, P., & Roy, S. (2020). Advances in extracorporeal membrane oxygenator design for artificial placenta technology. Artificial Organs, 45(3), 205-221. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32979857/

Cai, W., Wu, J., Xi, C., & Meyerhoff, M. E. (2012). Diazeniumdiolate-doped poly(lactic-co-glycolic acid)-based nitric oxide releasing films as antibiofilm coatings. Biomaterials, 33(30), 7933-7944. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22841918/

Drennan, A. D., Rojas-Peña, A., McLeod, J. S., Langley, M., Bartlett, R. H., Meyerhoff, M. E., & Mychaliska, G. B. (2023). Extracorporeal life support without systemic anticoagulation: A nitric oxide-based non-thrombogenic circuit for the artificial placenta in an ovine model. Pediatric Research. https://doi.org/10.1038/s41390-023-02605-2

Ferreira, H. P., Moroni, L., Bergmeister, H., & Gonçalves, I. C. (2025). Engineering antithrombogenic surfaces in synthetic small-diameter vascular grafts: A review of passive strategies. Acta Biomaterialia, 209, 64-88. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2025.10.038

Ford, B., Bowman, C., Sun, Y., Akkaya, B., Mahmood, Y., Chen, S., DeBari, M. K., Krishnamurthy, A., Tomar, G., Schwarz, J. M., Abbott, R. D., & Castracane, J. (2023). Creation of a novel synthetic amniotic fluid for use in fetal therapy with in vitro testing on human amniotic membranes. Journal of Pediatric Surgery. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37328032/

Fox-Skelly, J. (2024, 18 juillet). Artificial placenta: A new lifeline for premature babies? BBC. https://www.bbc.com/future/article/20240717-artificial-placenta-a-new-lifeline-for-premature-babies

Handa, H., Major, T. C., Brisbois, E. J., Amoako, K. A., Meyerhoff, M. E., & Bartlett, R. H. (2014). In vitro and in vivo study of sustained nitric oxide release coating using diazeniumdiolate-doped poly(vinyl chloride) matrix with poly(lactide-co-glycolide) additive. Journal of Materials Chemistry B, 2(8), 1059-1067. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3728720/

Hanson, S. R., Tucker, E. I., & Latour, R. A. (2020). Blood coagulation and blood–material interactions. Dans Biomaterials science (pp. 801-812). Elsevier. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128161371000520

Miura, Y., Matsuda, T., Usuda, H., Watanabe, S., Kitanishi, R., Saito, M., Hanita, T., & Kobayashi, Y. (2016). A parallelized pumpless artificial placenta system significantly prolonged survival time in a preterm lamb model. Artificial Organs, 40(5), E61-E68. https://doi.org/10.1111/aor.12656

P.A. (2024, 4 janvier). Comment le placenta artificiel peut-il améliorer le taux de survie des bébés prématurés? Alcimed. https://www.alcimed.com/fr/insights/placenta-artificiel/

Partridge, E. A., Davey, M. G., Hornick, M. A., McGovern, P. E., Mejaddam, A. Y., Vrecenak, J. D., Mesas-Burgos, C., Olive, A., Caskey, R. C., Weiland, T. R., Han, J., Schupper, A. J., Connelly, J. T., Dysart, K. C., Rychik, J., Hedrick, H. L., Peranteau, W. H., & Flake, A. W. (2017). An extra-uterine system to physiologically support the extreme premature lamb. Nature Communications, 8, 15112. https://doi.org/10.1038/ncomms15112

Ratner, B. D., Horbett, T. A., & Wagner, W. R. (2020). Evaluation of blood–materials interactions. Dans Biomaterials science (pp. 879-898). Elsevier. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128161371000593

Sefton, M. V., & Gorbet, M. B. (2020). Nonthrombogenic treatments and strategies. Dans Biomaterials science (pp. 515-537). Elsevier. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128161371000350

Spencer, B. L., Shaffer, A. W., Bartlett, R. H., Mychaliska, G. B., & Rojas-Peña, A. (2023). A pumpless pediatric artificial lung maintains function for 72 hours without systemic anticoagulation using the nitric oxide surface anticoagulation system. ASAIO Journal. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10843264/

Usuda, H., Watanabe, S., Saito, M., Sato, S., Musk, G. C., Fee, M. E., Carter, S., Kumagai, Y., Takahashi, T., Kawamura, M. S., Hanita, T., Kure, S., Yaegashi, N., Newnham, J. P., & Kemp, M. W. (2023). Artificial placenta technology: History, potential and perception. Placenta. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0143400422004283

Médiagraphie (Redessinées pour conserver le thème de la présentation):

Cordon ombilical (coupe transversale) – StatPearls (NCBI) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK557490/figure/article-32458.image.f5/

Flux sanguin laminaire vs turbulent dans les vaisseaux – PhysiologyWeb https://www.physiologyweb.com/figures/physiology_illustration_Gxr9bSdjRij69DSavoTbjWtiQ44Pw3aM_laminar_versus_turbulent_flow_in_blood_vessels.html

ECMO (oxygénation par membrane extracorporelle) – Cleveland Clinic Journal of Medicine https://www.ccjm.org/content/83/5/373/tab-figures-data

Utérus artificiel pour grands prématurés – Children's Hospital of Philadelphia (CHOP) https://www.chop.edu/news/big-breakthrough-our-tiniest-patients

Comment le sang coagule-t-il ? (hémostase) – Manuels MSD https://www.msdmanuals.com/fr/accueil/troubles-du-sang/processus-de-coagulation/comment-le-sang-coagule-t-il

Système extra-utérin pour agneau prématuré (figure 1) – Nature Communications (Partridge et al., 2017)https://www.nature.com/articles/ncomms15112/figures/1

Corrections linguistiques :

Anthropic Claude, ChatGPT