Le plus petit pacemaker du monde fait la taille d’un grain de riz

Des chercheurs à l’Université Northwestern de Chicago ont mis au point un stimulateur cardiaque extraordinairement petit qui promet de révolutionner les traitements cardiaques, en particulier pour les patients les plus vulnérables.

Le nouvel appareil, plus petit qu'un grain de riz, représente une avancée significative dans le domaine de la miniaturisation médicale. Sa taille extraordinairement petite (seulement 1,8 millimètre de large, 3,5 millimètres de long et 1 millimètre d'épaisseur) lui permet d'être introduit dans le corps à l'aide d'une seringue de manière non invasive.

"Nous avons mis au point ce qui, à notre connaissance, est le plus petit stimulateur cardiaque du monde", explique John A. Rogers, pionnier de la bioélectronique à Northwestern et responsable du développement de l'appareil. "Il existe un besoin critique de stimulateurs cardiaques temporaires dans le contexte de la chirurgie cardiaque pédiatrique, et il s'agit d'un cas d'utilisation où la miniaturisation de la taille est incroyablement importante."

Priorité aux patients pédiatriques

Ce minuscule stimulateur cardiaque répond à un besoin médical particulièrement sensible : les nouveau-nés atteints de malformations cardiaques congénitales. Environ 1 % des enfants naissent avec une malformation cardiaque, qu'ils vivent dans des pays aux ressources limitées ou riches.

Igor Efimov, cardiologue expérimental et codirecteur de l'étude, explique : "notre principale motivation était les enfants. La bonne nouvelle, c'est que ces enfants n'ont besoin que d'une stimulation temporaire après l'opération. Dans environ sept jours, le cœur de la plupart des patients se réparera de lui-même. Mais ces sept jours sont absolument cruciaux."

Fonctionnement innovant avec activation par la lumière

Le système fonctionne grâce à un mécanisme sophistiqué qui associe une miniaturisation extrême à un ingénieux système d'activation par la lumière. Le minuscule stimulateur cardiaque est implanté dans le cœur et fonctionne en synchronisation avec un appareil portable externe placé sur la poitrine du patient.

Cet appareil externe surveille en permanence le rythme cardiaque et, lorsqu'il détecte des irrégularités, il émet automatiquement des impulsions de lumière infrarouge. Cette lumière, capable de pénétrer à travers la peau, le sternum et les muscles du patient, active le stimulateur cardiaque interne qui génère les impulsions électriques nécessaires pour réguler le rythme cardiaque.

La technologie exploite la capacité naturelle du corps humain à conduire la lumière infrarouge, créant ainsi un pont non invasif entre le dispositif externe et le stimulateur cardiaque interne. "La lumière infrarouge pénètre très bien dans le corps", explique le Dr Efimov. "Si vous posez une torche sur la paume de votre main, vous verrez la lumière briller de l'autre côté. Il s'avère que notre corps est un excellent conducteur de lumière."

Technologie biodégradable

L'un des aspects les plus révolutionnaires de ce dispositif est peut-être le fait qu'il est conçu pour se dissoudre naturellement dans le corps lorsqu'il n'est plus nécessaire. Tous les composants sont biocompatibles, de sorte qu'ils se désintègrent progressivement dans les biofluides du corps, éliminant complètement la nécessité d'une ablation chirurgicale ultérieure.

Cette caractéristique résout un problème important posé par les stimulateurs cardiaques temporaires actuels, qui nécessitent des sondes qui dépassent de la poitrine du patient et doivent finalement être retirées, avec le risque de complications telles que l'infection, le délogement, les lésions tissulaires, les hémorragies et les caillots sanguins qui peuvent s'avérer fatals.

Rogers explique : "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 de retrait chirurgical secondaires."

Batterie alimentée par les fluides corporels

Pour parvenir à cette taille extrêmement réduite, les chercheurs ont complètement réinventé la source d'énergie du dispositif. Le stimulateur cardiaque est alimenté par une cellule galvanique, un type de batterie simple mais efficace qui transforme l'énergie chimique de nos fluides corporels en énergie électrique. Cette conception ingénieuse utilise deux métaux différents comme électrodes pour générer et envoyer des impulsions électriques au cœur.

Cette innovation a éliminé le besoin de piles traditionnelles ou d'antennes de réception, ce qui a contribué à l'extraordinaire miniaturisation de l'appareil.

Polyvalence et applications futures

Malgré sa taille minuscule, ce stimulateur cardiaque délivre autant de stimulation qu'un stimulateur de taille normale, ce qui prouve que, dans ce cas, petite taille ne rime pas avec efficacité. L'extrême miniaturisation permet également de distribuer plusieurs de ces dispositifs dans différentes zones du cœur et de les contrôler indépendamment en utilisant différentes couleurs de lumière afin d'obtenir une synchronisation plus sophistiquée que celle permise par les stimulateurs cardiaques traditionnels.

Cette technologie pionnière ouvre un large éventail de possibilités pour la médecine bioélectronique qui vont bien au-delà du domaine cardiaque, y compris des applications pour aider les nerfs et les os à guérir, traiter des blessures complexes et bloquer la douleur chronique grâce à des stimuli électriques spécifiques et contrôlés.

L'étude, publiée dans la prestigieuse revue scientifique Nature, démontre l'efficacité du dispositif dans une série de modèles animaux de petite et grande taille, ainsi que dans des cœurs humains provenant de donneurs d'organes décédés, ce qui est de bon augure pour sa mise en œuvre clinique. Cette innovation représente un bond en avant dans le traitement des affections cardiaques, en particulier pour les patients les plus petits et les plus vulnérables.