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Un stimulateur cardiaque sans pile alimenté par un rythme cardiaque naturel

INGÉNIERIE ET ​​TECHNOLOGIEUn stimulateur cardiaque sans pile alimenté par un rythme cardiaque naturel

Une étude montre pour la première fois un stimulateur cardiaque autoalimenté innovant testé avec succès chez le porc

Notre Cœur maintient un rythme grâce à son stimulateur cardiaque interne appelé nœud sino-auriculaire (nœud SA), également appelé nœud sinusal situé dans la chambre supérieure droite. Ce stimulateur cardiaque interne libère une charge électrique 60 à 100 fois en une minute et cette énergie effectue des contractions dans les muscles cardiaques qui permettent à notre cœur de pomper le sang dans tout notre corps. À mesure que nous vieillissons ou contractons une maladie, ce stimulateur cardiaque interne est incapable de maintenir le cœur battre correctement. Irrégulier battement de coeur est également causée par une maladie appelée arythmie qui ralentit le rythme cardiaque normal. Pour remplacer cette perte, un stimulateur cardiaque traditionnel - un appareil électronique fonctionnant sur batterie - peut être implanté chirurgicalement à l'intérieur d'un patient pour régulariser le rythme cardiaque et maintenir le rythme cardiaque constant.

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 se sont concentrés sur la construction stimulateurs cardiaques qui pourrait alternativement utiliser l'énergie naturelle du rythme cardiaque d'une personne au lieu de la batterie. Théoriquement, un tel stimulateur cardiaque n'aurait pas besoin d'être remplacé une fois implanté à l'intérieur d'un patient. Les stimulateurs cardiaques au plutonium ont été fabriqués plusieurs décennies auparavant. La conception expérimentale de nouveaux stimulateurs cardiaques a été confrontée à plusieurs limitations jusqu'à présent, comme une structure de conception rigide qui limite sa puissance et ses complications avec la miniaturisation.

Un stimulateur cardiaque sans pile innovant au design unique

Dans une nouvelle étude publiée dans ACS Nano des chercheurs du National Key Laboratory for Science and Technology de Shanghai, en Chine, ont entrepris de concevoir un nouveau petit stimulateur cardiaque pouvant être alimenté par l'énergie de son propre rythme cardiaque et ils ont testé avec succès cet appareil sur des porcs. Le nouveau dispositif peut être placé sous le cœur plutôt que près de la clavicule comme avec les stimulateurs cardiaques conventionnels. Le stimulateur cardiaque est basé sur une relation symbiotique idéale entre le cœur et l'appareil.

La conception de ce nouveau stimulateur cardiaque a été initiée en fabriquant d'abord une petite armature en plastique souple. Ce cadre a été lié avec des couches piézoélectriques qui, une fois pliées, génèrent de l'énergie. Cette partie, appelée « moissonneuse » d'énergie, a été placée sur une puce. Le dispositif a été implanté chez des porcs et il a été observé que le rythme cardiaque des animaux pouvait modifier (courber) la forme du cadre, générant ainsi suffisamment d'énergie (puissance) équivalente à un stimulateur cardiaque alimenté par batterie. Le cadre en plastique flexible de l'appareil lui permet de capter plus d'énergie du cœur par rapport aux stimulateurs cardiaques traditionnels dotés d'un boîtier rigide.

Étant donné que les humains ont une physiologie très similaire à celle des porcs, ce stimulateur cardiaque pourrait également bien fonctionner chez les humains. Les chercheurs soulignent certains problèmes techniques qui devront être résolus, par exemple, l'appareil comprend trois technologies distinctes - récupérateur d'énergie, puce de stimulateur cardiaque et fils - qui doivent être intégrées dans un seul appareil. Des tests supplémentaires sur des animaux, puis sur des humains, peuvent confirmer la stabilité à long terme de l'appareil. Un tel dispositif, en cas de succès, ne nécessitera une intervention chirurgicale invasive qu'une seule fois, réduisant ainsi le risque de complications pour le patient. L'une des principales limites de ce nouveau dispositif pourrait être que les médecins pourraient ne pas être en mesure de surveiller les patients à distance comme dans le cas des stimulateurs cardiaques à piles.

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{Vous pouvez lire le document de recherche original en cliquant sur le lien DOI ci-dessous dans la liste des sources citées}

Sources)

Ning L et al. 2019. Alimentation directe d'un véritable stimulateur cardiaque par l'énergie naturelle d'un battement cardiaque. ACS Nanohttps://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567

Équipe SCIEU
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