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Un patch cardiaque cyborg pour réparer les cœurs

Patch cardiaque cyborg
Ce pourrait être une révolution en cardiologie. Des chercheurs du département de microbiologie moléculaire et biotechnologie de l’Université de Tel-Aviv ont mis au point un patch organique contrôlable à distance pour réparer les tissus cardiaques endommagés notamment par un infarctus. Le nouveau patch, qui combine électronique et tissus vivants est susceptible de faire un bond de géant à la recherche cardiaque et de constituer dans un avenir proche une alternative aux greffes du cœur.
 
Le “patch cardiaque cyborg” de l’Université de Tel-Aviv pourra bientôt constituer une solution aux conséquences d’un accident cardiaque. En effet, contrairement aux autres cellules du corps, les cellules cardiaques ne se reconstituent pas. La cicatrice qui se créé après un incident cardiaque persiste donc, diminuant les capacités de fonctionnement du cœur. Aujourd’hui la seule solution est la transplantation, mais les listes d’attente sont longues, et l’on estime que la moitié des patients ayant subi une atteinte cardiaque sérieuse meurent dans les cinq années qui suivent.
 

Un tissu bionique qui fait très science-fiction

 
Les travaux du Dr. Tal Dvir et de Ron Feiner ont été publiés le 14 mars 2016 dans la revue Nature Materials. Ils y décrivent leur patch qui a pour particularité de combiner des composants organiques et électroniques. De plus, il possède des capacités qui dépassent celles du tissu cardiaque humain : comme lui, il se contracte et se dilate, mais en plus, couplé à des systèmes algorithmiques,  il se régule comme une machine intelligente.  Le Dr Dvir affirme dans le communiqué publié par l’Université de Tel Aviv : « Avec ce patch cardiaque, nous avons intégré l’électronique et les tissus vivants ». Il ajoute « Cela fait très science-fiction, mais c’est une réalité, et nous pensons que cela va faire avancer la recherche cardiaque d’un grand pas. Jusqu’à présent, on pouvait fabriquer des tissus cardiaques organiques, et les résultats obtenus étaient mitigés. À présent, nous avons produit un tissu bionique viable qui assure un fonctionnement correct du tissu cardiaque »
 
Le laboratoire d’ingénierie tissulaire et de médecine régénérative du Dr. Dvir à l’Université de Tel-Aviv est depuis ces cinq dernières années à l’avant-garde de la recherche en cardiologie, travaillant au développement de substituts fonctionnels des tissus endommagés de manière permanente par les crises et les maladies cardiaques à l’aide d’outils nano-technologiques sophistiqués développés en partenariat avec le Center for Nanoscience and Nanotechnology de l’université israélienne.
 
 
Pour créer ce nouveau patch bionique, les chercheurs fabriquent une structure biologique qui contient à la fois des cellules souches prélevées sur le patient lui-même (afin que le patch soit bien accepté par l’organisme), des nano-molécules d’or qui améliorent la stimulation électrique, et des polymères électroactifs capables de délivrer des médicaments sur demande.  L’utilisation de fibres en or, d’une épaisseur nanométrique résout selon les chercheurs les problèmes de coordination des battements simultanés des cellules, et améliore la conductivité des tissus. Le patch est créé au moyen des techniques 3D de bioprinting. L’une des innovations de cette recherche est l’intégration de composants électroniques qui transforment le patch en “cyber-tissu” possédant des capacités améliorées.

 

Un cœur connecté

 
Le nouveau « patch cardiaque cyborg » remplace non seulement le tissu organique, mais assure également son bon fonctionnement grâce à un système de surveillance à distance. « Nous avons d’abord veillé à ce que les cellules du patch soient capable de se contracter et de se dilater comme le tissu cardiaque, d’où la nécessité d’utiliser des matériaux organiques », explique le Dr. Dvir. « Mais il était tout aussi important de pouvoir vérifier ce qui se passe dans ce patch après sa pose, et de réguler son fonctionnement ».
 
Composé de cellules vivantes cardiaques, de polymères et de systèmes nanoélectroniques complexes, ce système électronique apporte des fonctionnalités précieuses comme la détection et le suivi en ligne des contractions cardiaques et la possibilité de « stimuler » en cas de besoin. En outre, l'électronique peut contrôler la libération de facteurs de croissance et de médicaments, pour "activer" les cellules souches ou pour réduire une inflammation après la transplantation. « Nous voulions être en mesure de délivrer des médicaments directement au cœur à partir du patch pour améliorer son intégration dans le corps du patient » précisent les médecins.
 
Dr Tal Dvir
 
Après la greffe du patch par opération, le médecin peut suivre et contrôler son activité à distance au moyen d’impulsions électroniques. Les médecins expliquent en effet que ce patch bionique est alors un formidable outil de suivi à distance : « Imaginez qu'un patient subisse un événement cardiaque à la maison. Son médecin sera en mesure de se connecter, de visualiser les données envoyées à distance à partir des capteurs embarqués dans le génie tissulaire, d'évaluer exactement l’état du patient, voire de réguler la fonction cardiaque ». En d’autres termes, s’il détecte une inflammation, le patch délivrera un médicament anti-inflammatoire. S’il détecte un manque d’oxygène, il libérera des molécules qui améliorent la formation des vaisseaux sanguins etc.
 
Reste à « mettre en pratique » la technologie, ce qui peut prendre un certain temps, confirment les auteurs qui travaillent aussi sur l’application de leur concept au cerveau ou à la moelle épinière pour traiter les affections neurologiques.