La fibrillation auriculaire – une forme de rythme cardiaque irrégulier ou d’arythmie – entraîne plus de 454 000 hospitalisations et près de 160 000 décès aux États-Unis chaque année. À l’échelle mondiale, on estime qu’environ 60 millions de personnes sont touchées par la maladie.
Les stimulateurs cardiaques sont des dispositifs de sauvetage qui régulent les battements cardiaques des personnes atteintes de maladies cardiaques chroniques comme la fibrillation auriculaire et d’autres formes d’arythmie. Cependant, l’implantation d’un stimulateur cardiaque est une procédure invasive, et la stimulation vitale fournie par les appareils peut être extrêmement douloureuse. De plus, les stimulateurs cardiaques ne peuvent être utilisés que pour traiter quelques types spécifiques de maladies.
Dans un article publié mercredi en Avancées scientifiques, une équipe de chercheurs dirigée par l’Université de l’Arizona détaille le fonctionnement d’un stimulateur cardiaque sans fil et sans pile qu’ils ont conçu et qui pourrait être implanté avec une procédure moins invasive qu’actuellement possible et causerait moins de douleur aux patients. L’étude a été dirigée par des chercheurs du laboratoire Gutruf, dirigé par Philipp Gutruf, professeur adjoint en génie biomédical et membre de la faculté Craig M. Berge.
Les stimulateurs cardiaques actuellement disponibles fonctionnent en implantant une ou deux sondes, ou points de contact, dans le cœur avec des crochets ou des vis. Si les capteurs de ces dérivations détectent une irrégularité dangereuse, ils envoient un choc électrique dans le cœur pour réinitialiser le rythme.
Toutes les cellules à l’intérieur du cœur sont touchées en même temps, y compris les récepteurs de la douleur, et c’est ce qui rend la stimulation ou la défibrillation douloureuse. Cela affecte le muscle cardiaque dans son ensemble. »
Philippe Gutruf
L’appareil développé par l’équipe de Gutruf, qui n’a pas encore été testé chez l’homme, permettrait aux stimulateurs cardiaques d’envoyer des signaux beaucoup plus ciblés en utilisant une nouvelle conception de maillage fabriqué numériquement qui englobe tout le cœur. L’appareil utilise la lumière et une technique appelée optogénétique.
L’optogénétique modifie les cellules, généralement des neurones, sensibles à la lumière, puis utilise la lumière pour affecter le comportement de ces cellules. Cette technique ne cible que les cardiomyocytes, les cellules du muscle qui déclenchent la contraction et composent le rythme cardiaque. Cette précision réduira non seulement la douleur des patients porteurs d’un stimulateur cardiaque en contournant les récepteurs de la douleur du cœur, mais elle permettra également au stimulateur cardiaque de répondre à différents types d’irrégularités de manière plus appropriée. Par exemple, pendant la fibrillation auriculaire, les cavités supérieure et inférieure du cœur battent de manière asynchrone et le rôle d’un stimulateur cardiaque est de remettre les deux parties en ligne.
« Alors qu’en ce moment, nous devons choquer tout le cœur pour faire cela, ces nouveaux appareils peuvent faire un ciblage beaucoup plus précis, rendant la défibrillation à la fois plus efficace et moins douloureuse », a déclaré Igor Efimov, professeur de génie biomédical et de médecine à l’Université Northwestern, où les appareils ont été testés en laboratoire. « Cette technologie pourrait faciliter la vie des patients du monde entier, tout en aidant les scientifiques et les médecins à en savoir plus sur la façon de surveiller et de traiter la maladie. »
La maille flexible englobe le cœur
Pour s’assurer que les signaux lumineux peuvent atteindre de nombreuses parties différentes du cœur, l’équipe a créé une conception qui implique d’englober l’organe, plutôt que d’implanter des sondes qui fournissent des points de contact limités.
Le nouveau modèle de stimulateur cardiaque se compose de quatre structures en forme de pétales constituées d’un film mince et flexible, qui contiennent des sources lumineuses et une électrode d’enregistrement. Les pétales, spécialement conçus pour s’adapter à la façon dont le cœur change de forme au fur et à mesure qu’il bat, se replient sur les côtés de l’organe pour l’envelopper, comme une fleur qui se referme la nuit.
« Les stimulateurs cardiaques actuels enregistrent essentiellement un seuil simple, et ils vous diront : « Cela va dans l’arythmie, maintenant le choc ! », a déclaré Gutruf. « Mais cet appareil a un ordinateur à bord où vous pouvez entrer différents algorithmes qui vous permettent de suivre votre rythme de manière plus sophistiquée. Il est fait pour la recherche. »
Étant donné que le système utilise la lumière pour affecter le cœur, plutôt que des signaux électriques, l’appareil peut continuer à enregistrer des informations même lorsque le stimulateur cardiaque doit défibriller. Dans les stimulateurs cardiaques actuels, le signal électrique de la défibrillation peut interférer avec les capacités d’enregistrement, laissant aux médecins une image incomplète des épisodes cardiaques. De plus, l’appareil ne nécessite pas de batterie, ce qui pourrait éviter aux patients porteurs d’un stimulateur cardiaque d’avoir à remplacer la batterie de leur appareil tous les cinq à sept ans, comme c’est actuellement la norme.
L’équipe de Gutruf a collaboré avec des chercheurs de l’Université Northwestern sur le projet. Bien que la version actuelle de l’appareil ait été démontrée avec succès sur des modèles animaux, les chercheurs sont impatients de poursuivre leurs travaux, ce qui pourrait améliorer la qualité de vie de millions de personnes.
