Une étude montre pour la première fois un stimulateur cardiaque autoalimenté innovant testé avec succès chez le porc
Notre cœur maintient son rythme grâce à un stimulateur cardiaque interne appelé nœud sinusal, situé dans l'oreillette droite. Ce stimulateur interne libère des impulsions électriques 60 à 100 fois par minute, et cette énergie provoque des contractions du muscle cardiaque, permettant ainsi au cœur de pomper le sang dans tout le corps. Avec l'âge ou en cas de maladie, ce stimulateur interne peut devenir moins efficace pour assurer un rythme cardiaque régulier. Un rythme cardiaque irrégulier, appelé arythmie, est également causé par un ralentissement du rythme cardiaque. Pour compenser ce ralentissement, un stimulateur cardiaque traditionnel – un dispositif électronique alimenté par une pile – peut être implanté chirurgicalement afin de régulariser le rythme cardiaque et de maintenir un rythme régulier.
Un stimulateur cardiaque traditionnel
L'appareil se compose d'un générateur d'impulsions alimenté par batterie qui est implanté sous la peau près de la clavicule. Il a également des fils isolés qui relient l'appareil au cœur. Le circuit électronique génère des signaux électriques qui sont délivrés au cœur via des électrodes. Le stimulateur cardiaque est un appareil qui sauve des vies; Cependant, une limitation importante des stimulateurs cardiaques actuels est qu'ils doivent être remplacés à tout moment entre 5 et 12 ans après leur mise en place en raison de la durée de vie limitée de la batterie. L'implantation ne peut se faire que par une chirurgie invasive sous anesthésie locale qui elle-même est difficile car la cavité thoracique d'un patient doit être ouverte. La chirurgie est non seulement coûteuse, mais elle augmente également le risque de complications, d'infections ou même de saignement pour le patient. Un autre type de petit stimulateur cardiaque a été conçu qui peut être implanté via un cathéter évitant une intervention chirurgicale, mais il est toujours en cours de test.
Les chercheurs s'attachent à concevoir des stimulateurs cardiaques capables d'utiliser l'énergie naturelle des battements du cœur plutôt qu'une batterie. Théoriquement, un tel stimulateur n'aurait pas besoin d'être remplacé une fois implanté. Des stimulateurs au plutonium sont fabriqués depuis plusieurs décennies. La conception expérimentale de nouveaux stimulateurs se heurte jusqu'à présent à plusieurs limitations, notamment une structure rigide qui limite leur puissance et des difficultés liées à leur miniaturisation.
Un stimulateur cardiaque sans pile innovant au design unique
Dans une nouvelle étude publiée dans ACS Nano, des chercheurs du Laboratoire national clé pour la science et la technologie de Shanghai, en Chine, ont conçu un nouveau stimulateur cardiaque miniature alimenté par l'énergie des battements du cœur. Ils ont testé avec succès ce dispositif sur des porcs. Contrairement aux stimulateurs cardiaques classiques, qui sont placés près de la clavicule, ce nouveau dispositif peut être implanté sous le cœur. Son fonctionnement repose sur une relation symbiotique idéale entre le cœur et le dispositif.
La conception de ce nouveau stimulateur cardiaque a débuté par la fabrication d'une petite armature flexible en plastique. Cette armature a été recouverte de couches piézoélectriques qui, lorsqu'elles sont pliées, génèrent de l'énergie. Cet élément, appelé « récupérateur d'énergie », a été intégré sur une puce. Le dispositif a été implanté chez des porcs et il a été observé que les battements cardiaques des animaux pouvaient modifier la forme de l'armature, générant ainsi une énergie équivalente à celle d'un stimulateur cardiaque classique alimenté par batterie . L'armature flexible du dispositif lui permet de capter davantage d'énergie du cœur que les stimulateurs cardiaques traditionnels, qui possèdent un boîtier rigide.
Étant donné que la physiologie humaine est très similaire à celle du porc, ce stimulateur cardiaque pourrait également être efficace chez l'homme. Les chercheurs soulignent certains problèmes techniques qui devront être résolus ; par exemple, le dispositif comprend trois technologies distinctes – un récupérateur d'énergie, une puce de stimulation et des fils – qui doivent être intégrées. Des tests supplémentaires sur des animaux, puis sur des humains, permettront de confirmer la stabilité à long terme du dispositif. Si ce dispositif s'avère efficace, une intervention chirurgicale invasive ne sera nécessaire qu'une seule fois, réduisant ainsi le risque de complications pour le patient. Une limitation majeure de ce nouveau dispositif pourrait être l'impossibilité pour les médecins de surveiller les patients à distance, contrairement aux stimulateurs cardiaques fonctionnant sur piles.
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Sources)
Ning L et al. 2019. Alimentation directe d'un stimulateur cardiaque réel par l'énergie naturelle d'un battement cardiaque. ACS Nano . https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
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