Ce dispositif sans fil, entièrement implantable, permet une stimulation temporaire sans nécessiter de retrait.
Des chercheurs des universités Northwestern et George Washington (GW) ont mis au point le tout premier stimulateur cardiaque transitoire - un dispositif de stimulation sans fil, sans pile et entièrement implantable qui disparaît lorsqu'il n'est plus nécessaire.
Ce dispositif fin, flexible et léger pourrait être utilisé chez les patients qui ont besoin d'une stimulation temporaire après une chirurgie cardiaque ou en attendant un stimulateur permanent. Tous les composants du stimulateur cardiaque sont biocompatibles et s'absorbent naturellement dans les biofluides de l'organisme en l'espace de cinq à sept semaines, sans nécessiter d'extraction chirurgicale.
Le dispositif capte sans fil l'énergie d'une antenne externe distante à l'aide de protocoles de communication en champ proche - la même technologie que celle utilisée dans les smartphones pour les paiements électroniques et dans les étiquettes RFID. Il n'est donc plus nécessaire d'utiliser des batteries encombrantes et du matériel rigide, notamment des fils (ou sondes). Non seulement les fils peuvent introduire des infections, mais ils peuvent également être enveloppés dans du tissu cicatriciel et causer d'autres dommages lorsqu'ils sont retirés.
L'étude a été publiée dans la revue Nature Biotechnology. Elle démontre l'efficacité du dispositif sur une série de modèles animaux, petits et grands.
"Le matériel placé à l'intérieur ou à proximité du cœur présente des risques d'infection et d'autres complications", a déclaré John A. Rogers, de Northwestern, qui a dirigé le développement du dispositif. "Nos stimulateurs cardiaques sans fil et transitoires surmontent les principaux inconvénients des dispositifs temporaires traditionnels en éliminant le besoin de sondes percutanées pour les procédures d'extraction chirurgicale - offrant ainsi la possibilité de réduire les coûts et d'améliorer les résultats des soins aux patients". Ce type de dispositif inhabituel pourrait représenter l'avenir de la technologie de stimulation temporaire."
"Parfois, les patients n'ont besoin de stimulateurs cardiaques que temporairement, peut-être après une opération à cœur ouvert, une crise cardiaque ou une surdose de médicaments", a déclaré le Dr Rishi Arora, cardiologue à Northwestern Medicine, qui a codirigé l'étude. "Une fois le cœur du patient stabilisé, nous pouvons retirer le stimulateur cardiaque. La norme de soins actuelle consiste à insérer un fil, qui reste en place pendant trois à sept jours. Ceux-ci ont le potentiel de s'infecter ou de se déloger".
"La plateforme électronique transitoire ouvre un chapitre entièrement nouveau dans la médecine et la recherche biomédicale", a déclaré Igor Efimov de GW, qui a codirigé l'étude avec Rogers et Arora. "Les matériaux biorésorbables à la base de cette technologie permettent de créer toute une série d'appareils transitoires diagnostiques et thérapeutiques pour surveiller la progression des maladies et des thérapies, délivrer des thérapies électriques, pharmacologiques, cellulaires, reprogrammer des gènes, etc."
Rogers est le professeur Louis Simpson et Kimberly Querrey de science et de génie des matériaux, de génie biomédical et de chirurgie neurologique à la McCormick School of Engineering et à la Feinberg School of Medicine, et le directeur du Querrey Simpson Institute for Bioelectronics. Arora est professeur de médecine à Feinberg et codirecteur du Center for Arrhythmia Research. Efimov est le professeur Alisann et Terry Collins de génie biomédical à GW.
Abandonner les pistes restrictives et risquées
Actuellement, pour mettre en place une stimulation temporaire après une opération à cœur ouvert, les chirurgiens doivent coudre des électrodes temporaires de stimulateur cardiaque sur le muscle cardiaque pendant l'opération. Ces électrodes sont munies de fils qui sortent à l'avant de la poitrine du patient et se connectent à un boîtier de stimulation externe qui délivre un courant pour contrôler le rythme cardiaque.
Lorsque le stimulateur cardiaque temporaire n'est plus nécessaire, les médecins retirent les électrodes du stimulateur. Bien que peu fréquentes, les complications potentielles des stimulateurs cardiaques temporaires implantés comprennent l'infection, le délogement, les tissus déchirés ou endommagés, les saignements et les caillots sanguins.
Avec le stimulateur cardiaque transitoire de Northwestern et GW, les chirurgiens et les patients peuvent éviter cette procédure potentiellement risquée. Le dispositif entièrement implantable est léger et fin - 250 microns d'épaisseur et pesant moins d'un demi-gramme. Souple et flexible, il encapsule des électrodes qui se déposent en douceur sur la surface du cœur pour délivrer une impulsion électrique.
"Au lieu d'utiliser des fils qui peuvent s'infecter et se déloger, nous pouvons implanter ce stimulateur cardiaque biocompatible sans sonde", a déclaré M. Arora. "Le circuit est implanté directement à la surface du cœur, et nous pouvons l'activer à distance. Au bout de quelques semaines, ce nouveau type de stimulateur cardiaque se "dissout" ou se dégrade de lui-même, ce qui évite de devoir retirer physiquement les électrodes du stimulateur. Il s'agit potentiellement d'une victoire majeure pour les patients postopératoires.
"Avec d'autres modifications, il pourrait être possible d'implanter ces stimulateurs biorésorbables dans une veine de la jambe ou du bras", a-t-il ajouté. "Dans ce cas, il pourrait également être possible de fournir une stimulation temporaire aux patients ayant subi une crise cardiaque ou aux patients subissant des procédures par cathéter, telles que le remplacement de la valve aortique par cathétérisme."
Priorité au confort du patient
Le Dr Duc Thinh Pham, chirurgien cardiaque de la Northwestern Medicine, qui n'a pas participé à la recherche, imagine qu'un stimulateur cardiaque transitoire rendrait sans aucun doute ses patients plus confortables. Avec les stimulateurs cardiaques actuels, les patients ressentent souvent une gêne pendant plusieurs jours après l'insertion des sondes. Ensuite, ils doivent limiter leurs mouvements et leurs activités afin d'éviter que les sondes ne se délogent.
"Ce stimulateur cardiaque transitoire est brillant", a déclaré M. Pham, qui a pratiqué plus de 2 000 interventions cardiaques au cours de sa carrière. "En plus de répondre au problème principal des patients occasionnels ayant subi une chirurgie cardiaque et nécessitant une stimulation temporaire en raison de blocages ou d'arythmies, le dispositif répond au problème secondaire du confort du patient, de sa capacité à se déplacer librement et à se réhabiliter. En cas de succès, ce dispositif améliorera considérablement le parcours postopératoire du patient."
Acte de disparition
Il s'agit du deuxième exemple de médecine électronique biorésorbable du laboratoire Rogers, qui étudie l'électronique transitoire depuis plus de dix ans. En 2018, Rogers et ses collègues ont fait la démonstration du premier dispositif électronique biorésorbable au monde - un implant biodégradable qui accélère la régénération nerveuse. Les dispositifs biorésorbables de l'équipe sont totalement inoffensifs - semblables à des points de suture absorbables. Après s'être entièrement dégradés, les dispositifs disparaissent complètement par le biais des processus biologiques naturels du corps.
"Il existe clairement un besoin de meilleurs stimulateurs cardiaques temporaires", a déclaré le Dr Bradley Knight, professeur émérite de cardiologie Chester C. et Deborah M. Cooley à Feinberg et coauteur de l'étude. "Lorsque j'ai appris l'existence du stimulateur nerveux biorésorbable, j'ai contacté le professeur Rogers pour explorer la possibilité d'utiliser cette technologie pour stimuler le cœur. Il avait déjà commencé à travailler avec le Dr Efimov pour développer une petite version d'un stimulateur biorésorbable comme preuve de concept. Nous avons ensuite travaillé avec les deux équipes pour mettre au point une version plus grande d'un stimulateur cardiaque biorésorbable, sans sonde, qui pourrait être efficace à l'échelle humaine. C'est un excellent exemple de ce que nous pouvons créer à Northwestern en rapprochant l'expertise en ingénierie et en médecine."
Selon le patient, un stimulateur cardiaque temporaire peut être nécessaire de quelques jours à plusieurs semaines. En faisant varier la composition et l'épaisseur des matériaux du dispositif, l'équipe de M. Rogers peut contrôler le nombre précis de jours pendant lesquels il reste fonctionnel avant de se dissoudre.
"Nous fabriquons ces dispositifs à partir de différents types de matériaux sûrs et biorésorbables et selon des architectures optimisées afin de garantir un fonctionnement stable pendant une période un peu plus longue que celle nécessaire sur le plan clinique", a déclaré M. Rogers. "Nous pouvons adapter les dispositifs pour répondre à un large éventail de durées de vie pertinentes. Les technologies transitoires, en général, pourraient un jour fournir une thérapie ou un traitement pour une grande variété de conditions médicales - servant, dans un sens, comme une forme d'ingénierie de la médecine."
L'article intitulé "Fully biorésorbable, leadless, battery-free cardiac pacemaker" a bénéficié du soutien de la Leducq Foundation (prix RHYTHM), des National Institutes of Health (prix R01-HL141470, R01-HL140061 et R01-HL125881), de l'American Heart Association (prix 19PRE34380781, AF SFRN), de la National Science Foundation (prix 1842165) et de la Ford Foundation. Les co-premiers auteurs de l'article sont Yeon Sik Choi, Rose Yin, Jahyun Koo et Anna Pfenniger.
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