Le tout premier cœur biorobotique aide les scientifiques à étudier la fonction cardiaque

Par Payal Dhar

Des valvules cardiaques artificielles aux greffes cellulaires, de nouveaux traitements contre les maladies cardiovasculaires voient le jour. développé chaque jour. Pour modéliser leur fonctionnement, les chercheurs ont besoin d’un moyen fiable d’observer le cœur en action. Les études animales, les modèles informatiques et divers simulateurs de laboratoire réalisés avec des tissus cardiaques morts peuvent tous fournir des points de vue différents, mais ces approches peuvent être coûteuses, peu complexes ou limitées dans leur durée de conservation.

Alors pour bricoler le cœur, les scientifiques ont désormais mis au point un système de battements, biorobotique réplique capable de simuler le fonctionnement à la fois d’un organe sain et d’un malade. Ce simulateur combine coeur de cochon tissus et muscles robotiques mous et a été décrit dans deux études récentes.

«Imaginez un cœur battant sur une paillasse de laboratoire», explique Ellen Roche, ingénieure biomédicale au Massachusetts Institute of Technology et auteure principale de l’étude. Le simulateur, qui pompe un liquide clair au lieu du sang, est connecté à des instruments qui mesurent le débit sanguin, la pression artérielle, etc. Il est également personnalisable : l’utilisateur peut modifier la fréquence cardiaque, la pression artérielle et d’autres paramètres, puis observer en temps réel comment ces changements affectent la fonction cardiaque grâce à une caméra interne.

Le simulateur reproduit avec précision la façon dont le sang circule dans le cœur, ce que les simulateurs de paillasse existants utilisant des tissus cardiaques morts ne pourraient pas faire. L’utilisation de tissus cardiaques vivants provenant d’un porc, animés par la robotique, a donné à l’équipe de Roche beaucoup plus de contrôle. (Les cœurs de porc sont similaires en taille et en disposition aux cœurs humains et sont souvent utilisés dans la recherche.) Le nouveau simulateur hybride peut également durer plus longtemps qu’un organe vivant utilisé seul : alors qu’un cœur de porc connecté à une pompe dans le Alors que le laboratoire ne continuait à battre que quelques heures, l’équipe de Roche a réussi à faire fonctionner les muscles synthétiques du simulateur pendant des mois. Les chercheurs n’ont pas encore mesuré les limites exactes du simulateur. “Nous devons effectuer des tests de fatigue robustes pendant la durée de conservation pour voir exactement combien de cycles ces éléments peuvent effectuer”, explique Roche.

Lorsqu’il s’agit de modéliser le flux sanguin dans le cœur, les côtés gauche et droit de l’organe constituent chacun leur propre défi. «Ils nécessitent des modèles très personnalisés», explique Roche. Les chercheurs se sont d’abord attaqués au côté gauche en se concentrant sur la valvule mitrale, qui contrôle le flux entre l’oreillette gauche et le ventricule (les cavités supérieure et inférieure du cœur). Ils ont recréé le mouvement sain de ce système avant de modéliser une condition dans laquelle la valve fuit, appelée régurgitation mitrale. Pour démontrer que le modèle pouvait être utilisé comme simulation précise, l’équipe a demandé à des chirurgiens cardiaques de corriger la valvule avec trois interventions chirurgicales différentes. Ces résultats ont été décrits dans l’une des deux études récentes, qui a été publié mercredi dans Appareil.

“Il s’agit d’un mouvement de pompage très complexe que vous devez créer pour que le sang soit pompé vers votre corps à une pression et un débit très élevés”, explique Clara Park, co-auteur des deux études en tant que doctorante. étudiant au laboratoire de Roche au MIT

Ensuite, l’équipe a modélisé la mécanique du côté droit du cœur. « Le cœur droit est en quelque sorte le muscle le plus fin et le plus faible », dit Park, et il « ne pompe pas aussi fort ». Le simulateur cardiaque droit peut reproduire un fonctionnement sain et anormal. Ces résultats ont été décrits dans une autre étude récente de l’équipe, qui a été publié le mois dernier dans Nature Recherche cardiovasculaire.

Sarah Vigmostad, un ingénieur biomédical de l’Université de l’Iowa, qui n’a pas participé aux articles, estime que ces simulateurs seraient utiles pour la planification chirurgicale, la formation ou à des fins éducatives. “Je peux également imaginer leur valeur pour tester de nouvelles interventions… conçues pour traiter l’insuffisance mitrale ou d’autres maladies valvulaires”, dit-elle. La capacité de « régler » le cœur pour reproduire diverses maladies pourrait également être très utile dans la recherche, ajoute-t-elle.

L’approche biorobotique repose sur des tissus animaux vivants, mais Roche rêve d’un cœur synthétique entièrement imprimé en 3D. Un tel orgue pourrait être bien plus personnalisable. Il pourrait même être utilisé pour créer des modèles spécifiques aux patients qui permettraient aux personnes sous traitement d’observer une réplique de leur propre cœur battant en action et qui guideraient les décisions de leurs médecins. « Nous passons à des modèles entièrement synthétiques [and] des impressions multi-matériaux », dit-elle, qui nécessiteront la reproduction du tissu cardiaque lui-même en laboratoire. “Il y a beaucoup de travail en cours.”