Un petit stimulateur cardiaque de la taille d’un grain de riz
Des ingénieurs américains ont mis au point un stimulateur cardiaque suffisamment petit destiné aux cœurs minuscules et fragiles des nouveau-nés atteints de malformations cardiaques congénitales
Le stimulateur cardiaque mis au point à la Northwestern University est plus petit qu’un grain de riz avec ses dimensions de 3,5 x 1,8 mm et une épaisseur de 1 mm. La structure de la batterie délivre une stimulation équivalente à celle d’un stimulateur cardiaque de taille normale.
Il est associé à un petit dispositif portable, souple, flexible et sans fil, qui se fixe sur la poitrine du patient pour contrôler la stimulation du cœur. Lorsque le dispositif portable détecte un rythme cardiaque irrégulier, il émet automatiquement une impulsion infrarouge pour activer le stimulateur cardiaque. Ces courtes impulsions, qui pénètrent à travers la peau, le sternum et les muscles du patient, contrôlent la stimulation.
Il est conçu pour les patients qui n’ont besoin que d’une stimulation temporaire et se dissout une fois qu’il n’est plus nécessaire. Tous les composants du stimulateur cardiaque sont biocompatibles et se dissolvent donc naturellement dans les fluides biologiques de l’organisme, évitant ainsi une extraction chirurgicale. En variant la composition et l’épaisseur des matériaux de ces dispositifs, l’équipe peut contrôler le nombre précis de jours pendant lesquels ils restent fonctionnels avant de se dissoudre.
Cependant, un ensemble de ces stimulateurs cardiaques pourrait également être utilisé pour un cœur plus grand.
« Nous avons mis au point ce qui est, à notre connaissance, le plus petit stimulateur cardiaque du monde », a déclaré le professeur John Rogers, qui a dirigé la mise au point du dispositif. « Il existe un besoin crucial de stimulateurs cardiaques temporaires dans le contexte des chirurgies cardiaques pédiatriques, et il s’agit d’un cas d’utilisation où la miniaturisation de la taille est incroyablement importante. En termes de charge du dispositif sur le corps, plus c’est petit, mieux c’est ».
« Notre principale motivation était les enfants », a déclaré Igor Efimov, cardiologue expérimental à Northwestern, qui a codirigé l’étude. « Environ 1 % des enfants naissent avec une malformation cardiaque congénitale, qu’ils vivent dans un pays à faibles ou à fortes ressources. La bonne nouvelle, c’est que ces enfants n’ont besoin que d’une stimulation temporaire après une intervention chirurgicale. Au bout de sept jours environ, le cœur de la plupart des patients se rétablit de lui-même. Mais ces sept jours sont absolument cruciaux. Aujourd’hui, nous pouvons placer ce minuscule stimulateur cardiaque sur le cœur de l’enfant et le stimuler à l’aide d’un dispositif doux et agréable à porter. Aucune intervention chirurgicale supplémentaire n’est nécessaire pour le retirer.
Il s’agit d’un stimulateur cardiaque dissoluble de la taille d’une pièce de monnaie, alimenté par des communications en champ proche (NFC) avec une antenne intégrée, que Rogers, Efimov et leurs équipes ont mis au point en 2021.
« Notre stimulateur cardiaque d’origine fonctionnait bien », a déclaré M. Rogers. « Il était fin, flexible et entièrement résorbable. Mais la taille de son antenne réceptrice limitait notre capacité à le miniaturiser. Au lieu d’utiliser la radiofréquence pour la commande sans fil, nous avons mis au point un système basé sur la lumière pour allumer le stimulateur et délivrer des impulsions de stimulation à la surface du cœur. C’est l’une des caractéristiques qui nous a permis de réduire considérablement la taille de l’appareil ».
Le stimulateur cardiaque utilise deux métaux différents dans une cellule galvanique comme électrodes pour délivrer des impulsions électriques au cœur. Au contact des biofluides environnants, les électrodes forment une batterie. Les réactions chimiques qui en résultent font circuler le courant électrique pour stimuler le cœur.
« Lorsque le stimulateur cardiaque est implanté dans le corps, les biofluides environnants agissent comme l’électrolyte conducteur qui relie électriquement ces deux plaques métalliques pour former la batterie », a déclaré M. Rogers. Un minuscule interrupteur activé par la lumière, situé du côté opposé à la batterie, nous permet de faire passer l’appareil de l’état « éteint » à l’état « allumé » grâce à la lumière qui traverse le corps du patient à partir du patch monté sur la peau.
L’équipe a utilisé une longueur d’onde de lumière infrarouge qui pénètre profondément et en toute sécurité dans le corps. Si le rythme cardiaque du patient descend en dessous d’un certain seuil, le dispositif portable détecte l’événement et active automatiquement une diode électroluminescente. La lumière s’allume et s’éteint alors à un rythme qui correspond au rythme cardiaque normal.
« Le cœur a besoin d’une quantité minuscule de stimulation électrique », a déclaré M. Rogers. « En réduisant la taille, nous simplifions considérablement les procédures d’implantation, nous réduisons les traumatismes et les risques pour le patient et, grâce à la nature dissolvante du dispositif, nous éliminons tout besoin de procédures d’extraction chirurgicale secondaires.
Les dispositifs étant très petits, ils pourraient être utilisés dans un cœur plus grand, chacun étant sensible à une longueur d’onde différente de la lumière infrarouge. Cela pourrait permettre une synchronisation plus sophistiquée par rapport à la stimulation traditionnelle. Dans des cas particuliers, différentes zones du cœur peuvent être stimulées à des rythmes différents, par exemple pour mettre fin à des arythmies.
« Nous pouvons déployer un certain nombre de ces petits stimulateurs cardiaques à l’extérieur du cœur et contrôler chacun d’entre eux », a déclaré M. Efimov. « Nous pourrions ainsi améliorer la synchronisation des soins fonctionnels. Nous pourrions également incorporer nos stimulateurs cardiaques dans d’autres dispositifs médicaux tels que les remplacements de valves cardiaques, qui peuvent provoquer un blocage cardiaque. »
« Grâce à sa petite taille, ce stimulateur cardiaque peut être intégré à presque tous les types de dispositifs implantables », a déclaré M. Rogers. « Nous avons également démontré l’intégration de collections de ces dispositifs à travers les armatures qui servent au remplacement transcathéter de la valve aortique. Dans ce cas, les minuscules stimulateurs cardiaques peuvent être activés en cas de complications pouvant survenir pendant le processus de rétablissement du patient. Ce n’est qu’un exemple de la manière dont nous pouvons améliorer les implants traditionnels en fournissant une stimulation plus fonctionnelle.
L’article est disponible à l’adresse suivante : 10.1038/s41586-025-08726-4.
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