fr.wedoany.com Rapport : Des ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont mis au point un stimulateur cardiaque non invasif qui utilise des ultrasons pour stimuler le cœur. Conçu comme un petit patch portable sur la poitrine, cet appareil pourrait offrir à l’avenir une alternative sans chirurgie aux implants cardiaques traditionnels.
Le cœur de ce dispositif est un patch de la taille d’un timbre-poste, équipé de micro-transducteurs capables d’envoyer des impulsions ultrasonores à travers la poitrine pour stimuler le cœur. Les ultrasons déclenchent l’ouverture de canaux ioniques spécifiques dans les cellules cardiaques, un effet amplifié par les chercheurs grâce au génie génétique. Lorsque ces canaux s’ouvrent, les ions calcium pénètrent dans les cellules, ce qui provoque la contraction et le battement des cellules cardiaques. Lors d’expériences en laboratoire, les chercheurs ont appliqué des ultrasons à des cellules cardiaques humaines modifiées génétiquement et ont constaté que les impulsions maintenaient efficacement des contractions saines. L’équipe a également testé le patch à ultrasons sur des rats, montrant que l’appareil pouvait corriger rapidement, en toute sécurité et de manière non invasive les arythmies, rétablissant un rythme cardiaque régulier.
L’équipe de recherche a fabriqué un prototype comprenant le patch à ultrasons et un petit dispositif de poche contenant une batterie et des composants électroniques. Ce groupe avait déjà présenté un patch conçu pour imager les organes et tissus profonds par ultrasons, et ils prévoient d’intégrer les deux approches en un seul patch pour permettre une surveillance et une régulation simultanées de l’activité cardiaque.
« Nous pensons qu’à l’avenir, il sera possible de porter un patch sur le corps pour réaliser une imagerie profonde à long terme et fournir une stimulation thérapeutique en boucle fermée non invasive », a déclaré Xuanhe Zhao, professeur de génie mécanique et de génie civil et environnemental au MIT. Avec des collaborateurs de l’équipe du professeur Qifa Zhou de l’University of Southern California (USC), il a publié les résultats de la recherche dans la revue internationale Nature Biomedical Engineering. Les co-auteurs du MIT de cette étude incluent le premier auteur Chen Gong, ainsi que Runze Li, Won Jun Song, les anciens postdoctorants Gengxi Lu, Shucong Li, Hsiao-Chuan Liu, et d’autres. Les collaborateurs comprennent également des chercheurs de Harvard University, de l’University of California, Los Angeles, et d’autres équipes de l’USC.
Actuellement, environ 3 millions d’adultes aux États-Unis utilisent des stimulateurs cardiaques. Ces dispositifs implantables sont matures et généralement sûrs, mais ils comportent toujours des risques chirurgicaux. « Les stimulateurs cardiaques sont l’un des implants humains les plus importants et les plus largement utilisés, sauvant des millions de vies », a déclaré Gengxi Lu, co-auteur correspondant de l’article. « Mais ils sont invasifs et entrent en contact direct avec le cœur qui bat. Depuis des années, le rêve est de réaliser une stimulation cardiaque non invasive par ultrasons. » Les scientifiques avaient déjà observé des effets des ultrasons sur le cœur, mais ceux-ci étaient incohérents et faibles. Dans cette étude, l’équipe de Zhao a appliqué la méthode de la sonogénétique — s’inspirant de l’optogénétique, qui utilise la manipulation génétique pour rendre des parties spécifiques des cellules sensibles à la lumière, la sonogénétique vise à modifier génétiquement les cellules pour qu’elles répondent au son, y compris aux ultrasons. En développant le stimulateur, l’équipe a amélioré la sensibilité des cellules cardiaques aux ultrasons grâce à la sonogénétique : des cellules cardiaques ont été différenciées à partir de cellules souches embryonnaires selon des méthodes standard, puis modifiées génétiquement pour produire des canaux ioniques plus facilement ouverts par les ultrasons.
Lors des expériences, les cellules cardiaques génétiquement modifiées se contractaient en synchronisation avec les ultrasons lorsqu’elles y étaient exposées, contrairement aux cellules non modifiées. L’équipe envisage que, pour une application clinique future, les patients pourraient d’abord recevoir une injection unique de thérapie génique (similaire à un vaccin) pour augmenter la sensibilité de leurs cellules cardiaques aux ultrasons. Ensuite, l’équipe a conçu le patch stimulateur à ultrasons de la taille d’un timbre-poste, dont la couche adhésive est fabriquée à partir d’un hydrogel qui adhère fermement à la peau et permet aux ultrasons de passer sans atténuation. Le patch intègre des micro-transducteurs ultrasonores accordables à des fréquences spécifiques. Lors d’expériences sur des rats, les chercheurs ont d’abord administré une solution sonogénétique améliorant les ultrasons par injection dans la queue, puis ont collé le mini-patch stimulateur sur la poitrine des rats. Une fois le patch activé, les ultrasons ont rapidement régulé le rythme cardiaque des animaux : les individus avec une fréquence cardiaque trop lente ont retrouvé un rythme normal, ceux souffrant d’arythmie ont été stabilisés et sont restés synchronisés avec les impulsions ultrasonores.
« Nous pouvons désormais ouvrir les canaux ioniques des cellules avec des ultrasons de faible intensité pour réaliser une stimulation cardiaque très efficace », a déclaré le premier auteur Chen Gong. « Nous réduisons la taille de ces patchs et les rendons plus intégrés, pour qu’ils soient plus faciles à porter, plus stables et plus précis à long terme. » Le professeur Zhao a ajouté : « Dans cet article, nous avons démontré une stimulation non invasive. Mais nous pensons que ce concept ne se limite pas au cœur. Nous croyons qu’à l’avenir, il sera possible d’appliquer des patchs sur différentes parties du corps pour une imagerie, une surveillance et une stimulation thérapeutique en boucle fermée à long terme. »
Ce travail a été partiellement soutenu par les National Institutes of Health, la National Science Foundation, le département d’ophtalmologie de Research to Prevent Blindness, et le département de la Guerre des États-Unis.
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