Blood transfusion is a procedure that enables us to save lives every day. In Switzerland, 221'100 red cell concentrates, 38'947 platelet concentrates, and 30'552 units of fresh frozen plasma have been used in 2018 (Swiss Transfusion SRC). Red Blood Cells (RBCs), once separated from other blood components, can be stored for several weeks (generally between 6 and 7) at 4°C in gas-permeable plastic bags. To this end, an additive solution containing all necessary elements for cell survival is routinely added. Such storage conditions, however, differ from the physiological environment in which cells naturally live, leading to metabolic, oxidative and functional changes called RBC "storage lesions" which can be irreversible and progressively accumulate after transfusion.
As of today, scientific consensus has not been reached concerning the clinical impact of these RBC storage lesions. In fact, some studies demonstrated that patients transfused with “old” blood, i.e. close to expiration date, have an increased risk of developing transfusion-related adverse effects, whereas others showed no such correlations. The only certainty is that such RBCs no longer have their original properties, potentially reducing their effectiveness. In this context, this thesis aims at proposing novel cheaper ways of improving RBC storage, thereby improving the quality of transfusions for patients.
The first part of this thesis provides a deeper understanding of the causes and mechanisms linked to storage lesions. Using a variety of measurement tools, key parameters of RBC metabolism, antioxidant defenses, and morphology, are reported. The analysis of this data demonstrates that RBCs are prematurely impacted by changes in their environment, including depletion of the uric acid naturally present in high concentration in blood plasma. Based on these results, improvements to storage solutions are proposed. In particular, the effect of adding uric acid with or without vitamin C is tested. Results show significant improvements at level of the cell metabolism, suggesting that proposed treatments are effective. However, limited changes are found for other parameters such as hemolysis, raising the question of dosage and efficacy. To address this issue, the second part of this thesis is devoted to the development of an assay compatible with high-throughput screening to quickly and easily evaluate antioxidant properties of a wide range of molecules. This test provides a way to better define the amount of chemical or natural compounds to add in blood bags to have a positive impact on the aging of RBCs in storage units to prolong the quality of transfusions for patients.
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La transfusion sanguine est une procédure qui permet de sauver des vies quotidiennement. En Suisse, 221'100 concentrés érythrocytaires, 38'947 concentrés thrombocytaires et 30'552 unités de plasma frais congelés ont ainsi été consommés en 2018 (Transfusion CRS Suisse). Les globules rouges (GR) une fois séparés des autres composants sanguins peuvent être conservés plusieurs semaines (généralement entre 6 et 7) à 4°C dans une poche plastique perméable aux gaz. Pour ce faire, une solution additive contenant les éléments nécessaires à leur survie est ajoutée. Ces conditions de stockage diffèrent de l’environnement physiologique dans lequel ces cellules évoluent normalement. Au cours du temps des lésions métaboliques, oxydatives et fonctionnelles, qui peuvent être réversibles ou irréversibles après transfusion, communément nommées « lésions de stockage des GR » s’accumulent.
La communauté scientifique n’est aujourd’hui pas unanime sur la question de l’impact clinique de ces lésions sur le patient traité. En effet, certaines études ont démontré que les receveurs du sang
« vieux », c’est-à-dire proche de la péremption, couraient un risque accru de développer des effets indésirables en lien avec la transfusion, alors que d’autres travaux n’ont montré aucune corrélation. La certitude qui demeure néanmoins est que ces GR n’ont plus les mêmes propriétés, réduisant ainsi potentiellement leur efficacité. C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse de doctorat dont le but fût de proposer de nouvelles solutions simples et peu coûteuses permettant d’améliorer le stockage des GR, et ainsi la qualité du produit pour le patient.
La première partie de ce travail a consisté à acquérir une meilleure compréhension des causes et mécanismes liés à ces lésions. Les différents outils utilisés ont permis de suivre l’évolution de paramètres reflétant le métabolisme, les défenses antioxydantes et la morphologie cellulaire. Cette étude a notamment démontré que les GR étaient impactés précocement par le changement de leur milieu et notamment la déplétion de l’acide urique contenu dans le plasma. C’est sur la base de ces observations que diverses modifications de la composition de la solution de stockage furent ensuite proposées. L’effet de l’ajout d’acide urique avec ou sans vitamine C a ainsi été testé. Les résultats ont montré des modifications significatives au niveau du métabolisme cellulaire, suggérant un effet du traitement, mais des effets limités sur d’autres paramètres telle que l’hémolyse. Ces résultats ont soulevé la question de la dose et de l’efficacité. C’est pourquoi, la dernière partie de cette thèse fut consacrée au développement d’un test (compatible avec le criblage à haut débit) permettant d’évaluer rapidement et simplement les propriétés antioxydantes d’un large panel de composés. Ce test devrait également permettre de mieux définir la quantité de molécule à ajouter afin d’avoir un impact réel sur le vieillissement des GR dans les poches de stockage, et ainsi d’assurer un produit de qualité constante pour le patient transfusé.