Vers un dispositif d’assistance cardiaque biocompatible

Exosquelette placé sur un cœur porcin explanté et mis en situation dans le simulateur EXOHEART conçu par l'équipe projet

Une équipe multidisciplinaire composée d’enseignants-chercheurs de l’Institut Jean Lamour - IJL (CNRS / Université de Lorraine) et de l’Ecole de Chirurgie de Nancy, associant le CHRU de Nancy et l’INSERM, travaille à la mise au point du premier dispositif d’assistance cardiaque biocompatible. Une série de tests réalisés ex-vivo sur des cœurs d’animaux¹ permet d’entrevoir une alternative à la greffe du cœur pour des patients atteints d’un infarctus du myocarde. Ces travaux ont été publiés dans Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials le 15 avril 2021.

Ces travaux, portés conjointement par Jean-Philippe Jehl² , Nguyen Tran³ , Pablo Maureira⁴ et Bruno Lévy⁵ , sont menés dans le cadre du projet européen ASCATIM (Assistance Cardiaque pour le Traitement de l'Infarctus du Myocarde). D’une durée de trois ans, il est doté d’un budget de 1,18 million d’euros financé aux deux tiers par le Fonds Européen de Développement Régional (FEDER).

Le dispositif médical implantable combine un exosquelette motorisé imprimé en 3D avec de la poudre de titane, conçu par l’Ecole de Chirurgie et les start-up nancéiennes Velvet Innovative Technologies et HanaCorps, et une membrane d’origine naturelle développée à l’IJL. Il sera placé de façon mini-invasive autour du cœur défaillant pour améliorer ses capacités contractiles.

Deux phases de travail ont été menées pour améliorer la performance et l’implantabilité de ce nouveau dispositif d’assistance cardiaque :

L’Ecole de Chirurgie a mis au point, avec le CHRU de Nancy et l’INSERM, un système de pilotage embarqué de l’exosquelette. Il présente l’avantage d’être peu gourmand en énergie et de se synchroniser avec le rythme cardiaque du cœur natif.
L’IJL a développé la membrane d’interface entre l’exosquelette et le cœur. Il s’agit d’une bio-prothèse, composée d’alginate (issue de l’algue) ou de chitosane (issue de la mue de cigale ou de crevette). Le laboratoire étudie par ailleurs la modélisation numérique du cœur. L’objectif est que la membrane puisse épouser le contour externe du cœur en limitant les risques d’inflammation et de rigidification.

Une série de tests vient d’être réalisée sur une plateforme d’opération conçue sur mesure et installée à l’Ecole de Chirurgie de Nancy. Adossée à l’Hôpital Virtuel de Lorraine, cette plateforme permet de simuler ex-vivo une opération sur un cœur. Effectués sur des cœurs de rat et de porc, proches du cœur humain, ces tests ont permis de valider les caractéristiques de l’assistance cardiaque en termes de fréquence et de pression. Quant à la membrane, les tests ont montré qu’elle peut être suturée, sans modifier le comportement mécanique du cœur.

Le prototype fonctionnel a fait l’objet d’une déclaration d’invention de l’Université de Lorraine et un brevet a été déposé.

La prochaine étape consistera à tester la mise en place de l’exosquelette in vivo avec pose de membrane sur un cœur ayant subi un infarctus du myocarde.

Référence :

Transverse isotropic modelling of left-ventricle passive filling: Mechanical characterization for epicardial biomaterial manufacturing

Jean-Philippe Jehl, Pan Dan, Arnaud Voignier, Nguyen Tran, Thierry Bastogne, Pablo Maureira, Franck Cleymand

Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 15 avril 2021

https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2021.104492

¹L’utilisation de rats et de porcs à des fins scientifiques s’est faite sur autorisation du ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation après dépôt d’une saisine avisée par le comité d’éthique local

²Chercheur à l’IJL et enseignant à l’IUT de Nancy-Brabois

³Directeur de l’Ecole de Chirurgie de Nancy

⁴Chef du service de chirurgie cardiovasculaire du CHRU de Nancy, membre du laboratoire Défaillance cardiovasculaire et aigüe et chronique (INSERM / Université de Lorraine)

⁵Chef du service de réanimation du CHRU de Nancy, membre du laboratoire Défaillance cardiovasculaire et aigüe et chronique (INSERM / Université de Lorraine)