Rétablir la fonction cardiaque à l’aide de tissus musculaires artificiels
L’insuffisance cardiaque et la fibrillation auriculaire (des rythmes cardiaques irréguliers qui entravent la circulation sanguine et augmentent le risque de formation de caillots sanguins) sont toutes deux associées à une mauvaise fonction mécanique cardiaque. La fibrillation auriculaire, par exemple, peut se produire lorsque les cavités supérieures du cœur battent de manière irrégulière et rapide, entraînant un rythme cardiaque désorganisé. Si des progrès ont été réalisés en termes de prévention de la thrombose et de contrôle du dysfonctionnement électrique chez les patients souffrant de fibrillation auriculaire, les traitements médicaux ou chirurgicaux actuels sont souvent incapables de restaurer des performances mécaniques musculaires normales.
Rétablir la fonction mécanique cardiaque
Le projet REPAIR(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a cherché à relever ce défi en soutenant ou en rétablissant la fonction mécanique cardiaque grâce à des matériaux intelligents. À cette fin, un «muscle» artificiel renforcé à base d’élastomère cristallin liquide (LCE pour «liquid crystalline elastomer») a été mis au point, qui réagit à des stimuli externes pour générer un mouvement ou une tension. «Le consortium du projet s’est appuyé sur les résultats préliminaires de l’exploitation des LCE lorsqu’ils sont exposés à la lumière», explique la coordinatrice du projet REPAIR, Elisabetta Cerbai, de l’université de Florence(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) en Italie. «L’application d’une lumière à une longueur d’onde spécifique permet au matériau de changer de forme et de se contracter comme un tissu cardiaque.» Le projet REPAIR a pour but d’améliorer les propriétés et les capacités des LCE afin de mieux soutenir la santé cardiaque. Ce résultat a été obtenu en réunissant l’expertise en biomécanique cardiaque, en physiopathologie et en technologie des matériaux intelligents de pointe. Des matériaux intelligents à base de LCE ont été développés, ainsi qu’une unité de contrôle externe connectée. Cette unité biocontractile (BCU pour «Bio-Contractile Unit») module la quantité de stimulation lumineuse nécessaire, agissant comme une sorte de dispositif d’assistance cardiaque «ajustable». Le prototype a ensuite fait l’objet d’une démonstration ex vivo sur des modèles animaux.
Un matériau efficace à base de LCE
L’équipe du projet a réussi à mettre au point un matériau à base de LCE amélioré et économe en énergie qui, lorsqu’il est excité par des sources lumineuses, peut être intégré dans l’unité contractile. «Nous avons fait progresser nos connaissances sur la manière d’optimiser ces matériaux et de les faire se contracter de la même manière que les cellules musculaires», explique Camilla Parmeggiani, coordinatrice conjointe du projet à l’université de Florence. «Nous avons également accéléré la préparation des muscles artificiels grâce à l’impression 3D, ce qui les rend facilement accessibles en grandes quantités.» Le prototype du dispositif externe a aussi été conçu avec succès, bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires avant qu’il puisse être testé in vivo. «Il n’y a rien de comparable à ce dispositif pionnier», poursuit Camilla Parmeggiani. «Il s’agit d’un effort considérable qui regroupe des compétences en ingénierie, en technologie, en chimie et en biophysique.»
Une nouvelle génération de dispositifs d’assistance cardiaque
L’espoir à long terme est que des essais in vivo réussis ouvrent la voie à une nouvelle génération de dispositifs d’assistance cardiaque. Le dispositif externe ajustable mis au point dans le cadre du projet REPAIR, ainsi que la possibilité d’imprimer en 3D des matériaux intelligents pour répondre aux besoins individuels, signifient que les thérapies peuvent être adaptées à des patients spécifiques. Les prochaines étapes consisteront à intégrer des matériaux intelligents(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) aux cellules souches et à essayer de réduire la taille du dispositif de contrôle externe. Le consortium étudie également la possibilité d’appliquer cette technologie à d’autres types de tissus. «Cette technologie pourrait être appliquée à l’intestin ou à d’autres structures comme les veines, où les tissus doivent se contracter ou se dilater», ajoute Elisabetta Cerbai. Le projet a publié(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) une grande partie de ses travaux, et la plupart des données sont librement accessibles via l’outil de recherche de données ouvertes(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) de REPAIR.
