Prévoir une attaque cardiaque grâce à l'impression 3D
Les applications médicales de l'impression 3D pourraient révolutionner la médecine, notamment en cardiologie, si l'on en croit une étude publiée sur le site Nature Communications. Des ingénieurs américains ont mis au point une membrane élastique, taillée sur mesure pour correspondre à l'enveloppe cardiaque, qu'ils ont bardée de capteurs imprimés en 3D. Son but : contrôler les fonctions vitales du coeur et prévenir un infarctus du myocare.
Igor Efimov, doctorant à la School of Engineering & Applied Science à l'Université de Washington à Saint-Louis, s'est associé à une équipe internationale d'ingénieurs en biomédecine et matériaux scientifiques pour créer une membrane élastique en 3D à partir d'un matériau en silicone, souple, flexible, aux dimensions exactes du péricarde, l'enveloppe qui entoure le cœur. Les chercheurs ont ensuite imprimé en 3D des petits capteurs à la surface de la membrane, capables de mesurer avec précision la température, le pH et la tension mécanique du cœur, de délivrer une impulsion électrique en cas d'arythmie ou encore de prédire la survenue d'une crise cardiaque avant l'apparition des symptômes.
Une membrane capable de stimuler le muscle cardiaque
“Chaque cœur a une forme différente ; or, les outils actuels sont de taille unique et ne correspondent pas du tout à la géométrie du cœur d'un patient, explique Igor Efimov sur le site en ligne de Nature Communications. Avec cette application, on utilise l'image du cœur du patient donnée par l'IRM ou le scanner, puis on l'extrait pour construire un modèle en 3D que nous pouvons imprimer à l'aide d'une imprimante 3D. Ensuite on modèle la forme de la membrane qui va servir de base au dispositif déployé à la surface du cœur“.
A l'heure actuelle, la technologie bi-dimensionnelle ne permet pas de couvrir l'intégralité de la surface du péricarde, ni d'assurer un contact suffisant sans suture. “Les dispositifs médicaux pour traiter les troubles du rythme cardiaque sont essentiellement basés sur deux électrodes insérées dans les veines et déployées dans les ventricules, explique Igor Efimov. Le contact avec le tissu cardiaque se fait sur un ou deux points seulement, et à une très faible résolution. Ce que nous voulons, c'est créer une approche qui va permettre d'avoir plusieurs points de contact et des diagnostics et des traitements de haute résolution“.
En cas de troubles du rythme, la membrane pourrait servir à stimuler le muscle cardiaque. Elle pourrait même, à l'aide d'un capteur capable de mesurer le taux de troponine, un marqueur important de l'infarctus du myocarde, prédire le risque d'attaque.
Des applications dans les maladies rénales
Mais le domaine des maladies cardiaques n'est pas le seul auquel la membrane mise au point par les Américains pourrait s'appliquer. “Comme c'est un dispositif implantable, cela devrait permettre aux médecins de contrôler diverses fonctions vitales dans différents organes et d'intervenir si besoin pour délivrer un traitement“. Et Igor Efimov de citer notamment les maladies rénales dans lesquelles une telle membrane pourrait contrôler les taux de calcium, potassium et sodium.
Pour le chercheur, “nous n'en sommes qu'au début. De précédents outils ont montré d'importantes promesses et sauvé des millions de vies. Nous pouvons à présent faire un pas supplémentaire et s'attaquer à des problèmes d'arythmie que nous ne savons pas encore résoudre“.
Amélie Pelletier
Source : “3D multifunctional integumentary membranes for spatiotemporal cardiac measurements and stimulation across the entire epicardium“. Nature Communications 5, Article number: 3329 (doi:10.1038/ncomms4329) (résumé en ligne).