Une réplique souple de l’architecture ventriculaire gauche

Des chercheurs de l’université UNSW Sydney, au sein de l’École de génie biomédical et du laboratoire de robotique médicale dirigé par le professeur associé Thanh Nho Do, ont mis au point un cœur robotique mou entièrement synthétique capable de reproduire les mouvements complexes et les structures internes du côté gauche du cœur humain.

Présentés dans les revues scientifiques Nature Communications et Advanced Science, ces travaux décrivent un modèle atrioventriculaire battant qui intègre des valves artificielles, des muscles papillaires et des cordages tendineux, trois éléments anatomiques déterminants pour le fonctionnement cardiaque et fréquemment touchés par la maladie.

Contrairement aux bancs d’essai rigides conventionnels, la réplique développée à l’UNSW utilise des membranes en silicone pour former les cavités internes contenant un liquide simulant le sang. Comme l’explique le chercheur postdoctoral James Davies, membre de l’équipe de Thanh Nho Do, ces membranes sont enveloppées de fibres musculaires robotiques souples disposées en couches afin d’imiter l’architecture musculaire du cœur humain. Actionnées par une pression hydraulique contrôlée, ces fibres reproduisent à la fois la contraction et les mouvements de torsion caractéristiques du ventricule gauche lors du pompage.

Un modèle programmable pour étudier les fuites valvulaires et l’insuffisance cardiaque

L’une des particularités de ce dispositif réside dans l’intégration des structures qui contrôlent la valve mitrale, laquelle s’ouvre et se referme à chaque battement pour assurer la circulation du sang oxygéné tout en empêchant son reflux. En permettant d’ajuster activement la tension des muscles papillaires artificiels qui soutiennent cette valve, le robot peut reproduire fidèlement les situations pathologiques où les valves cardiaques deviennent rigides ou fuient, provoquant un reflux sanguin susceptible d’accroître la charge de travail du cœur et le risque d’insuffisance cardiaque.

Selon Thanh Nho Do, cette approche vise notamment à mieux étudier l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection préservée, une affection complexe souvent associée à l’hypertension artérielle, aux troubles du rythme cardiaque, aux maladies rénales, à l’obésité ou au diabète. En modifiant les paramètres du cœur robotique, les chercheurs peuvent observer comment le muscle et les valves se déforment sous différentes contraintes physiologiques.

Tester les dispositifs médicaux et préparer des modèles adaptés aux patients

Au-delà de la compréhension des mécanismes de défaillance cardiaque, l’équipe de l’UNSW souhaite offrir un environnement réaliste pour concevoir et éprouver la prochaine génération de dispositifs médicaux cardiovasculaires avant les essais sur des modèles animaux ou chez les patients. Selon les chercheurs, ce banc d’essai synthétique pourrait ainsi réduire le recours à l’expérimentation animale aux premières étapes du développement et, à terme, fournir aux médecins des modèles spécifiques à chaque patient pour planifier des interventions avant leur réalisation.