Un cœur biorobotique battant vise à mieux simuler les valves

“Le simulateur présente un énorme avantage en tant qu’outil de recherche pour ceux qui étudient différentes affections et interventions des valvules cardiaques”, déclare Ellen Roche, auteure principale et ingénieure biomédicale du Massachusetts Institute of Technology. “Il peut servir de plate-forme de formation chirurgicale pour les cliniciens, les étudiants en médecine et les stagiaires, permettre aux ingénieurs d’appareils d’étudier leurs nouvelles conceptions et même aider les patients à mieux comprendre leur propre maladie et leurs traitements potentiels.”

Avant que de nouvelles interventions n’atteignent les humains, elles sont soumises à des tests rigoureux sur des simulateurs cardiaques et sur des sujets animaux. Cependant, les simulateurs cardiaques actuels ne capturent pas complètement la complexité d’un cœur et ont une courte durée de conservation de deux à quatre heures. Les études sur les animaux sont coûteuses et prennent du temps, et les résultats ne sont pas toujours transposables aux humains. Le cœur biorobotique peut combler ces lacunes en tant que méthode moins coûteuse avec une durée de conservation de plusieurs mois.

Les chercheurs se sont concentrés sur la régurgitation mitrale, un trouble dans lequel la valvule située entre les cavités cardiaques gauches ne se ferme pas correctement, ce qui entraîne une fuite de la valvule cardiaque où le sang peut refluer. Cette maladie, qui touche environ 24,2 millions de personnes dans le monde, peut provoquer un essoufflement, un gonflement des membres et une insuffisance cardiaque. Compte tenu de la complexité de la structure de la valvule, les interventions chirurgicales visant à corriger le trouble sont très complexes, ce qui met en évidence la nécessité d’une technologie efficace et de techniques chirurgicales précises.

Pour mieux comprendre la valvule mitrale dans des états sains et malades, l’équipe a construit un cœur biorobotique basé sur un cœur de porc. Les chercheurs ont remplacé le muscle cardiaque dans la chambre gauche par un système de pompe robotique souple en silicone actionné par l’air. Une fois gonflé, le système tord et comprime le cœur comme un vrai muscle cardiaque, pompant du sang artificiel à travers un faux système de circulation et simulant le battement d’un cœur biologique.

Lorsque l’équipe a endommagé la valvule mitrale du cœur biorobotique, celle-ci a montré les caractéristiques d’une valvule cardiaque qui fuit. L’équipe a ensuite demandé aux chirurgiens cardiaques de corriger les dommages à l’aide de trois techniques différentes : ancrer le tissu du feuillet valvulaire agité avec des cordes artificielles, remplacer la valvule par une valve prothétique et implanter un dispositif pour faciliter la fermeture du feuillet valvulaire.

Les trois procédures ont réussi, ramenant la pression, le débit et la fonction cardiaque à la normale. Le système a également permis à l’équipe de recherche de collecter des données en temps réel pendant l’intervention chirurgicale et est compatible avec les technologies d’imagerie actuelles utilisées dans les cliniques. Le sang artificiel utilisé dans le système étant clair, il permet également une visualisation directe de la procédure. Les résultats ont démontré que le dispositif est un nouveau modèle cardiaque.

“C’était vraiment intéressant pour les chirurgiens de voir chaque étape”, explique Roche. “Lorsque vous travaillez avec des patients, vous ne pouvez pas visualiser le processus car il y a du sang dans le cœur.” Elle considère leur modèle cardiaque comme un environnement réaliste pour la formation et la pratique de la chirurgie cardiaque.

Ensuite, l’équipe vise à optimiser le système cardiaque biorobotique actuel en raccourcissant le temps de production et en prolongeant encore davantage la durée de conservation. Au lieu d’utiliser un cœur de porc, ils explorent également la technologie d’impression 3D pour recréer un cœur humain synthétique pour le système.

“Notre cœur biorobotique peut contribuer à améliorer le cycle de conception des appareils, à permettre des itérations rapides, à faire approuver les éléments par les organismes de réglementation et à les lancer rapidement sur le marché”, explique Roche. “L’accélération et l’amélioration de ces processus bénéficieront en fin de compte aux patients.”