Chaque cœur humain est unique… et peut maintenant être répliqué grâce à l’impression 3D ! Une équipe d’ingénieurs du MIT a mis au point une méthode pour produire des répliques fidèles de cœurs de patients. Ceux-ci sont des copies de leur forme, mais également de leurs caractéristiques individuelles. Ces reproductions pourraient aider les médecins à apporter des soins plus personnalisés aux patients.
Taille, forme, puissance des contractions… Nous avons certes tous un cœur, mais ceux-ci peuvent être très différents les uns des autres. C’est d’autant plus vrai pour les personnes atteintes de maladies cardiaques. En effet, leurs cœurs et leurs principaux vaisseaux sanguins ont tendance à travailler « plus fort » pour compenser les fonctions compromises. Or, le cœur n’est pas l’endroit le plus accessible du corps humain. Il n’est donc pas si facile de proposer des traitements ou des dispositifs parfaitement adaptés à la morphologie de chaque patient.
Les ingénieurs du MIT se sont penchés sur cette épineuse question, et ont trouvé un moyen de créer des cœurs artificiels qui reproduisent la forme et les fonctions précises de chaque cœur spécifique. Grâce à cette innovation, les médecins pourraient donc avoir des modèles précis sur lesquels travailler avant d’agir directement sur les patients.
Pour ce faire, les ingénieurs ont utilisé une encre à base de polymère qui, une fois imprimée et séchée, peut se comprimer et s’étirer, comme un véritable cœur qui bat. Avant d’en arriver là, il s’agissait pour eux d’obtenir une modélisation 3D du cœur des patients. Une procédure qui n’est pas un poids en plus pour les patients, puisqu’ils doivent de toute façon déjà en passer par là : « les patients devraient faire leur imagerie, ce qu’ils font de toute façon, et nous l’utiliserions pour créer ce système, idéalement dans la journée », anticipe déjà l’un des co-auteurs, Christopher Nguyen, dans un communiqué du MIT.
Reproduire la mécanique et la physiologie d’un cœur
Les images obtenues par imagerie médicale sont ensuite converties en un modèle informatique tridimensionnel. À partir de là, les chercheurs peuvent ensuite les imprimer en 3D à l’aide d’une encre à base de polymère. Les principales artères peuvent également être créées de cette façon. La spécificité de ce qu’ils ont créé ne s’arrête toutefois pas là. « Pouvoir faire correspondre les flux et les pressions des patients était très encourageant », explique ainsi Ellen Roche, une autre ingénieure ayant initié cette étude. « Nous n’imprimons pas seulement l’anatomie du cœur, mais reproduisons également sa mécanique et sa physiologie. C’est la partie qui nous passionne ».
Ra, résistance artérielle ; Rv, résistance veineuse ; C, compliance systémique. © Luca Rosalia et al.
Pour cela, les ingénieurs ont utilisé des sortes de manchons, qui ressemblent un peu au brassard que l’on entoure autour du bras d’un patient pour prendre sa tension. Ces manchons sont enroulés autour du cœur artificiel et de l’aorte. Leur face intérieure est recouverte de ce qui pourrait s’apparenter à du « papier bulle », disposé selon un motif bien précis. Lorsque ce manchon est relié à un système pneumatique, l’air vient gonfler en rythme ces bulles pour simuler le battement du cœur. Des réglages peuvent être effectués pour que ce fonctionnement corresponde exactement à celui du cœur d’un patient spécifique. Un autre manchon vient entourer l’artère aorte et permet de resserrer ce vaisseau sanguin à volonté. En effet, certaines affections du cœur, comme la sténose aortique, impliquent un resserrement de cette artère. Cela oblige le cœur à travailler plus fort pour forcer le sang à circuler dans le corps.
Le dispositif pourrait d’ailleurs avoir un impact direct sur le traitement de cette maladie en particulier. En effet, le traitement de la sténose aortique peut passer par la pose d’une valve qui vient élargir l’artère et permettre une meilleure circulation du sang. Grâce à une copie artificielle du cœur du patient, les médecins pourraient tester différents types de valves pour déterminer laquelle fonctionnerait de façon plus optimale sur un patient donné. Les chercheurs se sont basés sur 15 patients diagnostiqués avec une sténose aortique pour réaliser leur étude.
« Concevoir de manière inclusive pour un large éventail d’anatomies, et tester les interventions sur cet éventail, peut augmenter la population cible adressable avec des procédures peu invasives », se félicite Ellen Roche.