Selon la chercheuse Anne Robertson, la vessie n’est pas considérée comme un organe particulièrement glamour, même si elle abrite bon nombre des mêmes éléments et processus physiologiques que le cœur.
Heureusement pour les domaines de l’urologie et de la biomécanique, cela n’a pas empêché Robertson et son équipe d’essayer de le comprendre – un engagement qui a conduit à une collaboration entre l’Université de Pittsburgh et l’Université de Sheffield pour développer le premier jumeau numérique de la vessie – et une nouvelle publication révélant que les vessies ne se remplissent pas comme un simple ballon comme on le pensait auparavant, mais ont plutôt de grands plis internes qui se dilatent et se rétractent pour s’adapter aux changements de volume et de pression.
« La vessie reste l’un des organes les plus sous-explorés dans la communauté biomécanique », a déclaré le doctorat en génie mécanique et science des matériaux (MEMS). candidate Fatemeh Azari, « et cette publication comble de manière décisive un fossé dans les connaissances qui persiste depuis plus de trois décennies ».
Dirigés par Azari et Robertson, professeur distingué de génie mécanique et de science des matériaux (MEMS) à la Swanson School of Engineering, les résultats de l’équipe, « Élucider le mécanisme de haute conformité par lequel la vessie se remplit à basse pression », sont publiés dans Rapports scientifiques.
L’objectif principal du groupe était de découvrir comment la vessie se remplit d’urine à basse pression en examinant à la fois sa structure et sa fonction. Alors que des études antérieures suggéraient que de petits plis (rugae) dans la paroi de la vessie lui permettaient de se dilater, l’équipe a découvert que des plis beaucoup plus grands, environ dix fois plus grands qu’on ne le pensait, sont la clé de sa flexibilité. À l’aide de micro-CT haute résolution et d’imagerie multiphotonique, l’équipe a analysé comment la paroi de la vessie changeait de forme lorsqu’elle remplissait un modèle de rat.
« Lorsque nous avons examiné la géométrie de la vessie, nous avons réalisé qu’elle était bien plus complexe que ce que l’on pensait auparavant. » dit Azari. « L’épaisseur de la paroi de la vessie n’est pas uniforme et ce qui ressemblait à des espaces vides sur les tomodensitogrammes antérieurs était en réalité rempli de structures de collagène et d’élastine que nous pouvions enfin voir en utilisant l’imagerie multiphotonique. »
Une expérience complémentaire a ensuite lié ces changements au comportement pression-volume pendant le remplissage, en utilisant un système d’imagerie-gonflage personnalisé pour visualiser les mécanismes à l’origine du remplissage des vessies. L’équipe a découvert que les plis à grande échelle qui se formaient lors de la miction chassaient plus de 95 % de l’urine de la vessie. Ces plis s’aplatissent ensuite pendant le remplissage, permettant à la vessie de se remplir avec très peu d’augmentation de pression, un élément essentiel pour protéger les reins et éviter les fuites.
« Nous avons observé que le remplissage de la vessie se produit en deux phases distinctes, plutôt que de se comporter comme un simple ballon en expansion. » dit Azari. « La première phase implique une forte augmentation de volume avec un changement de pression minimal, suivie d’une phase à haute pression où la pression augmente fortement à mesure que la vessie continue de se remplir. »
L’étude de l’équipe marque le premier test mécanique sur un organe complet pour capturer la manière dont une vessie saine se remplit, fournissant ainsi un aperçu critique des conditions urologiques telles que l’obstruction de la sortie de la vessie (BOO). Trouble courant chez les hommes vieillissants, le flux d’urine de la vessie vers l’urètre est bloqué, ce qui entraîne un grossissement, un épaississement et une perte d’efficacité de la vessie. Pour l’avenir, Robertson espère adapter continuellement ce modèle pour comprendre de meilleures méthodes de traitement pour des affections telles que le BOO et le cancer de la vessie.
« Un traitement courant du BOO consiste à réduire chirurgicalement l’obstruction en retirant une partie de la prostate dans le but de retrouver une fonction saine. » » a déclaré Robertson. « Même ce traitement invasif échoue dans environ un tiers des cas. Nous créons un modèle jumeau numérique pour la vessie BOO afin que nous puissions déterminer quels facteurs du patient affectent les résultats et identifier des stratégies de traitement personnalisées plus efficaces. »
