Un substitut biologique pour les stimulateurs cardiaques

Aux États-Unis, environ 200 000 personnes reçoivent des stimulateurs cardiaques chaque année, mais le fait d'avoir une machine à piles pour contrôler le cœur est loin d'être optimal, en particulier pour les enfants, car cela nécessite des opérations répétées.

Le tissu modifié fournit une connexion électrique entre les oreillettes (non illustrées) et les ventricules (à gauche). Les cellules implantées apparaissent en vert uniquement, tandis que les cellules cardiaques sont en rouge et vert. De tels implants issus de l'ingénierie tissulaire pourraient remplacer les stimulateurs cardiaques. (Gracieuseté de Douglas Cowan, Hôpital pour enfants de Boston.)

Selon de nouvelles découvertes, les cellules musculaires des propres tissus d'un patient pourraient un jour être utilisées pour traiter certains problèmes cardiaques. Des scientifiques de l'hôpital pour enfants de Boston ont mis au point un moyen de développer des cellules musculaires squelettiques qui, lorsqu'elles sont implantées dans le cœur de rats, transmettent les signaux électriques vitaux du cœur. La thérapie pourrait éventuellement aider les personnes ayant des rythmes cardiaques anormaux.

Lorsque le cœur bat, des impulsions électriques sont d'abord générées au sommet du cœur et se propagent à travers le muscle, provoquant la contraction des cavités supérieures du cœur. Le signal atteint ensuite un petit morceau de tissu, appelé nœud auriculo-ventriculaire (AV), et ralentit pendant une fraction de seconde, permettant aux cavités inférieures, ou ventricules, du cœur de se remplir de sang. Le signal se propage ensuite aux ventricules, leur permettant de se contracter.

Malheureusement, la fonction du nœud AV tourne parfois mal. Chez les patients atteints d'une affection connue sous le nom de bloc cardiaque complet, qui peut être déclenché par l'un des nombreux facteurs suivants : une maladie cardiaque, un trouble du développement ou une blessure au cours d'une intervention chirurgicale, le nœud AV est suffisamment endommagé pour que le signal électrique ne soit pas transmis de la partie supérieure à la cavités inférieures et le cœur ne fonctionne pas correctement.

Les stimulateurs cardiaques implantés dans le cœur peuvent souvent résoudre le problème – ils détectent le signal électrique dans la chambre supérieure du cœur, puis stimulent la contraction de la chambre inférieure. Mais chez les enfants, les stimulateurs cardiaques présentent certains inconvénients. L'enfant peut rapidement devenir trop grand pour l'appareil et les piles doivent être remplacées tous les trois à cinq ans, ce qui nécessite des interventions chirurgicales répétées. Nous voulions essayer de créer un pont électrique [cellulaire] pour les enfants ayant des problèmes de nœud AV, dit Douglas Cowen , un biologiste cellulaire à l'hôpital pour enfants qui a dirigé la nouvelle étude.

L'un des principaux avantages d'une alternative biologique à un stimulateur cardiaque est qu'il grandit avec l'enfant, explique David Lathrop, chef du groupe de recherche sur les arythmies au Institut national du cœur, du poumon et du sang , une division des National Institutes of Health de Bethesda, dans le Maryland.

D'autres groupes développent également des alternatives biologiques aux stimulateurs cardiaques. Mais la technique de Cowen peut offrir des avantages car elle transmet directement les propres signaux électriques du cœur, plutôt que de générer un nouveau signal électrique, comme le fait un stimulateur cardiaque. L'approche adoptée par Cowen ressemble plus à la voie de conduction normale du cœur, dit Lathrop. Il est trop tôt pour dire lequel est le meilleur à ce stade. Il ajoute que les deux techniques ont besoin d'être développées davantage et sont à des années des tests cliniques.

Cowen et son équipe ont prélevé des cellules musculaires squelettiques de rats et les ont transférées sur un échafaudage en collagène spécialement conçu. Lorsqu'elles sont dans l'échafaudage, les cellules s'alignent dans un conduit et expriment une protéine qui crée de petits pores entre les cellules, leur permettant de transmettre des signaux électriques.

Lorsque des sections de ce tissu modifié ont été transplantées dans des cœurs de rats, les nouvelles cellules se sont intégrées au tissu cardiaque existant, établissant des connexions électriques avec les cellules existantes. (Les rats n'avaient pas de bloc cardiaque ; Cowen dit que les cœurs de rats sont trop petits pour avoir des stimulateurs cardiaques, qui sont nécessaires pour garder un rat avec bloc cardiaque en vie assez longtemps pour transplanter les cellules.) Les chercheurs ont utilisé l'imagerie optique du cœur pour montrer que les nouvelles cellules étaient électriquement actives, formant essentiellement un circuit de conduction alternatif. Les résultats paraissent dans le numéro de juillet du Journal américain de pathologie .

Cowan et son équipe sont toujours en train de régler quelques problèmes dans la thérapie. Ils doivent concevoir un implant cellulaire qui imitera le bref délai du nœud AV, ce qui est crucial pour le bon fonctionnement du cœur. Ils testent maintenant différents types de cellules, telles que les cellules souches du sang ou de la moelle osseuse, qui pourraient être dirigées pour se différencier en une cellule qui ressemble plus à une cellule cardiaque. Les scientifiques ont d'abord choisi les cellules musculaires squelettiques parce qu'elles constituent une ressource facile à acquérir. .

Les chercheurs testent également la thérapie sur des animaux plus gros, dont le cœur ressemble davantage à celui des humains. Ils induiront un bloc cardiaque chez ces animaux et les implanteront avec des stimulateurs cardiaques et du tissu squelettique modifié pour déterminer si le tissu modifié peut remplacer le stimulateur cardiaque.

Moins vous mettez de matériel dans quelqu'un, mieux c'est, déclare Ivan Vesely, ingénieur biomédical spécialisé dans l'ingénierie tissulaire cardiaque à l'hôpital pour enfants de Los Angeles. Donc, si le seul problème est une voie de conduction manquante, il est tout à fait logique d'essayer de réorganiser cette voie, plutôt que de confier tout le cœur à un stimulateur cardiaque.

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