Le tambour régulier d’un battement de cœur est quelque chose qui peut facilement s’estomper dans l’arrière-plan de notre vie quotidienne, sans que l’on se préoccupe de la fiabilité de son pouls.
Mais pour ceux qui développent un arythmiela situation est beaucoup plus tendue – leur rythme cardiaque est surveillé et contrôlé par des dispositifs de sauvetage appelés stimulateurs cardiaquesqui délivrent des chocs contrôlés au cœur pour cesser ses frémissements et lui donner une chance de retrouver son rythme.
Étudier la grande variété de façons dont un cœur peut trébucher et bégayer dans un désordre frémissant utilise souvent de petits animaux comme modèles. Mais malgré leur commodité et leurs avantages éthiques, leur taille peut rendre difficile la surveillance et la réponse aux changements dans leur petit cœur.
Aujourd’hui, une équipe de scientifiques dirigée par l’ingénieur biomédical Philipp Gutruf de l’Université de l’Arizona a mis au point un dispositif implantable qui facilite considérablement l’étude de la cardiologie des petits animaux. En prime, il pourrait un jour être la base d’une toute nouvelle façon de traiter les maladies cardiaques chez l’homme.
L’appareil a été conçu pour être suffisamment flexible pour les sujets de test plus petits, offrant une meilleure résolution pour surveiller l’électrophysiologie de leur cœur. Utilisant la lumière au lieu de signaux électriques, il administre des secousses plus douces lorsque des rythmes anormaux sont détectés.
Contrairement aux signaux électriques des stimulateurs cardiaques actuels, qui peuvent interférer avec les capacités d’enregistrement et laisser aux médecins une image inégale des épisodes cardiaques, l’utilisation de la lumière pour stimuler le cœur signifie que le système peut fournir des enregistrements continus des rythmes cardiaques, même lorsqu’il doit défibriller.
“Les stimulateurs cardiaques actuels enregistrent essentiellement un seuil simple, et ils vous diront : ‘Cela va dans l’arythmie, maintenant le choc !'” explique réputation.
“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.”
L’appareil n’a jusqu’à présent été testé que sur des souris, mais les chercheurs l’ont conçu pour fournir une stimulation cardiaque plus précise – et peut-être moins douloureuse.
Il fonctionne en utilisant une technique appelée optogénétique, par laquelle des cellules excitables comme celles du cœur ou du cerveau peuvent être activées à la demande à l’aide de la lumière. Dans ce cas, des cardiomyocytes de souris (cellules du muscle cardiaque) ont été génétiquement modifiés pour exprimer une protéine liée à la membrane sensible à la lumière bleue. Allumez la lumière et les cellules entrent en action.
La beauté de l’appareil réside dans ses réseaux de couches minces douces, qui se déploient comme des pétales de fleurs et enveloppent le cœur. Cet ajustement serré est assez différent de la façon dont les stimulateurs cardiaques actuels se connectent au cœur via une ou deux sondes implantées dans l’organe.
Les personnes qui ont inséré des stimulateurs cardiaques peuvent ressentir de l’inconfort et des crampes douloureuses autour du site d’implantation. Dans certaines Cas raresils peuvent même développer un syndrome douloureux régional complexe dans la poitrine.
La stimulation du cœur par un ou deux points de contact rend également la défibrillation du cœur moins précise qu’idéalement.
“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”, explique Gutruf. “Il affecte le muscle cardiaque dans son ensemble.”
Au lieu de cela, avec ce nouvel appareil activant uniquement les cellules du muscle cardiaque qui déclenchent la contraction et contournent les récepteurs de la douleur, les chercheurs espèrent qu’il pourrait offrir un moyen plus confortable et précis de synchroniser les battements cardiaques irréguliers.
“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”, dit Igor Efimov, ingénieur biomédical à la Northwestern University.
Comme l’équipe le décrit dans son article, le dispositif prototype a été implanté juste à l’extérieur de la cage thoracique de la souris à l’aide d’un applicateur sur mesure et d’une seule suture, partageant les données de fréquence cardiaque via une liaison infrarouge montante.
Les chercheurs ont d’abord analysé la géométrie et la mécanique d’un cœur de souris battant, en utilisant ces informations pour concevoir et fabriquer au laser le maillage flexible à quatre volets afin qu’il puisse se déplacer avec le cœur pendant qu’il battait un battement.
En testant l’appareil sans fil sur des souris en mouvement libre, les chercheurs ont montré que l’appareil pouvait détecter des rythmes anormaux et stimuler ou “rythmer” le cœur avec une précision d’une milliseconde – et sans que la chaleur des impulsions lumineuses n’endommage les tissus cardiaques.
La précision de l’appareil dans la détection des battements cardiaques anormaux était également comparable aux appareils de surveillance de la fréquence cardiaque sans fil actuellement disponibles dans le commerce, rapportent les chercheurs.
Bien que les résultats d’études animales comme celle-ci soient prometteurs, il reste encore très tôt pour l’utilisation de l’optogénétique chez l’homme. La technique nécessite une thérapie génique (pour rendre les cellules photosensibles) ainsi qu’un dispositif électronique implantable pour les stimuler de manière contrôlée.
Bien que l’optogénétique ait été utilisée dans essais cliniques à traiter les maladies oculaires héréditaires raresl’utilisation de la technique pour surveiller et éventuellement traiter les irrégularités cardiaques reste une approche émergente qui nécessite d’abord beaucoup plus de recherches sur les animaux.
Il y a un multitude de défis à relevery compris la transmission sûre et efficace d’instructions génétiques codant pour des protéines photosensibles aux cellules cardiaques.
Plus de travail doit également être fait pour modéliser les subtilités des troubles du rythme cardiaque et pour affiner les modalités de cet appareil particulier pour détecter et corriger différents types d’arythmies, Gutruf et ses collègues Remarque.
Donc, pour le moment, le dispositif en forme de fleur est un parmi beaucoup qui présente un outil de recherche élégant pour étudier les arythmies et autres problèmes cardiaques au fur et à mesure qu’ils surviennent, du moins dans des modèles animaux.
L’étude a été publiée dans Les avancées scientifiques.
