Des chercheurs ont mis au point le plus petit stimulateur cardiaque temporaire et sans fil jamais conçu. De la taille d’un grain de riz, cet appareil peut être injecté directement dans le cœur, via une procédure minimalement invasive, et contrôlé à distance par une lumière infrarouge émise depuis un dispositif souple appliqué sur la poitrine. Composé de matériaux entièrement biocompatibles, il se dissout naturellement dans l’organisme après la période critique post-chirurgicale, évitant ainsi toute complication secondaire. Cette technologie pourrait représenter une évolution importante pour la cardiologie et ouvrir des perspectives intéressantes dans d’autres domaines médicaux.
Des millions de patients dans le monde sont équipés de stimulateurs cardiaques permanents pour réguler leur rythme cardiaque. D’autres, temporairement, reçoivent ce type de dispositif en phase post-opératoire, dans l’attente d’un implant permanent ou afin de stabiliser le rythme après une chirurgie. La procédure standard consiste à fixer chirurgicalement des électrodes sur le myocarde, reliées à des fils qui traversent la paroi thoracique pour rejoindre un boîtier de stimulation, lequel envoie les impulsions électriques nécessaires.
Mais le retrait du stimulateur temporaire, une fois celui-ci devenu inutile, implique une nouvelle intervention chirurgicale. Celle-ci n’est pas dénuée de risques : infections, déchirures, hémorragies ou formation de caillots sanguins peuvent survenir, notamment lorsque les fils se sont recouverts de tissu cicatriciel pendant la phase de convalescence, rendant leur extraction plus complexe.
Le décès de Neil Armstrong en 2012 aurait illustré tragiquement ces complications. Premier homme à avoir marché sur la Lune, il avait reçu un stimulateur temporaire après un pontage coronarien. L’ablation des fils aurait provoqué une hémorragie interne qui lui fut fatale.
Pour répondre à ces enjeux, une équipe de chercheurs de l’Université Northwestern a mis au point, dès 2021, un stimulateur cardiaque résorbable et sans fil. Léger, souple, dépourvu de batterie, il pouvait se dissoudre en toute sécurité dans les fluides corporels après la période critique post-chirurgicale. Sa durée de fonctionnement pouvait être précisément contrôlée en ajustant la composition et l’épaisseur de ses composants.
Mais ce premier modèle souffrait encore d’un défaut majeur : sa taille, inadaptée aux très jeunes patients. Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Nature, les chercheurs sont parvenus à miniaturiser considérablement le dispositif, au point de le rendre compatible avec tout type de patient. « Nous avons mis au point, à notre connaissance, le plus petit stimulateur cardiaque jamais conçu », affirme dans un communiqué John A. Rogers, pionnier de la bioélectronique à Northwestern, qui a dirigé le projet. « Il existe un besoin important de stimulateurs cardiaques temporaires dans le cadre des chirurgies pédiatriques. Et dans ces cas, plus le dispositif est petit, mieux c’est. »
Un dispositif adapté aux cœurs de nouveau-nés
Mesurant seulement 1,8 millimètre de large, 3,5 millimètres de long et 1 millimètre d’épaisseur, le nouveau dispositif tient dans l’embout d’une seringue. Il peut ainsi être injecté directement dans le cœur, via une procédure minimalement invasive. S’il peut convenir à tous les patients, il est particulièrement bien adapté aux très jeunes enfants atteints de malformations cardiaques congénitales.
Près de 1 % des naissances à l’échelle mondiale sont concernées par ce type de pathologies. Il est encourageant de constater que ces enfants, après une intervention, n’ont besoin que d’une assistance temporaire. Leurs cœurs, encore en développement, peuvent retrouver un fonctionnement autonome en seulement sept jours. Mais cette brève période post-opératoire est cruciale, et toute anomalie de rythme peut engendrer des dommages irréversibles.
« Notre motivation première, ce sont les enfants », déclare Igor Efimov, cardiologue à Northwestern et co-responsable de l’étude. « Nous pouvons désormais placer ce minuscule stimulateur sur le cœur d’un nourrisson et le contrôler via un dispositif portable, souple et discret. Aucun retrait chirurgical n’est requis. »
Des stimulations contrôlées par impulsion lumineuse
Le dispositif fonctionne en tandem avec un petit module externe, souple, léger et sans fil, fixé sur la poitrine du patient. Ce module pilote le stimulateur par le biais d’impulsions de lumière infrarouge. Le précédent modèle, fondé sur une transmission radio, nécessitait un relais externe plus encombrant. Le recours à la lumière a permis de réduire encore la taille de l’ensemble.
Lorsque le module détecte une irrégularité du rythme cardiaque, il émet une impulsion lumineuse qui traverse la peau, le sternum et les muscles. Cette impulsion, calée sur un rythme cardiaque normal, déclenche la réponse du stimulateur, qui envoie alors l’impulsion électrique requise, avant de se résorber naturellement lorsque son rôle est terminé.
Pour affiner davantage la miniaturisation, les chercheurs ont opté pour une source d’alimentation galvanique – un type de batterie qui convertit l’énergie chimique en énergie électrique. Le stimulateur utilise deux métaux distincts comme électrodes. Une fois implanté, les fluides biologiques agissent comme électrolyte, permettant aux métaux de générer un courant. « Dans l’organisme, les biofluides font office d’électrolyte conducteur, reliant électriquement les deux plaques métalliques pour former une batterie », précise John A. Rogers.
Une polyvalence adaptée à diverses utilisations
La taille extrêmement réduite du dispositif permet d’envisager son implantation en plusieurs points du cœur, selon les besoins. L’utilisation de longueurs d’onde lumineuses complexes permet également d’ajuster le niveau de contrôle. Une flexibilité qui pourrait s’avérer précieuse dans le traitement des arythmies ou d’autres troubles du rythme nécessitant des stimulations différenciées.
La technologie pourrait en outre être intégrée à d’autres implants, comme les prothèses valvulaires, et trouver des applications au-delà de la cardiologie, par exemple dans la stimulation bioélectronique de la régénération osseuse. Pour l’heure, son efficacité a été démontrée sur des modèles animaux – souris, rats, porcs, chiens – ainsi que sur des organes humains isolés. L’équipe espère pouvoir entamer les essais cliniques d’ici deux à trois ans.
Vidéo de présentation de l’étude :