Le premier implant médical à venir de cette percée était une fine feuille qui secoue électriquement les tissus blessés pour démarrer la régénération nerveuse, que l’équipe a testée sur des rats. Rogers s’est ensuite associé à des cardiologues, dont Arora, qui ont vu une opportunité de renoncer aux stimulateurs cardiaques temporaires traditionnels utilisés pour traiter les rythmes cardiaques lents. Rogers compare ce dispositif soluble à un cicatrisant interne, une « médecine électronique » dont tous les composants sont solubles.
À première vue, l’appareil d’un demi-pouce de large et d’un demi-pouce de long peut ressembler à une bande de plastique fragile. Mais, en réalité, c’est un empilement dynamique de surfaces et d’éléments soigneusement sélectionnés. Les contacts électriques sont un mélange de tungstène et de magnésium. L’alimentation sans fil alimente ces contacts via une antenne spiralée plate faite des mêmes matériaux. L’énergie provient d’une antenne de communication en champ proche, ou compatible NFC, qui pourrait reposer sur un lit d’hôpital ou un patch portable. (Désolé, le NFC tap-to-pay de votre téléphone n’est pas encore assez efficace pour ne pas briser les cœurs.)
Avoir un contact électrique stable est essentiel pour tout appareil cardiaque, car chaque contraction de pompage du sang dépend des cellules cardiaques émettant des impulsions rapides. Mais un appareil doit aussi être dynamique. Lorsqu’un cœur humide se remplit et se vide, sa surface incurvée se contracte et se déforme. Le défi de faire quelque chose qui soit à la fois stable et flexible a été « une sorte de question ouverte pour ce domaine pendant un certain temps », dit Rogers. « La bioélectronique est géniale, mais alors comment maintenir des interfaces robustes au fil du temps ? »
L’équipe a résolu ce problème avec un hydrogel adhésif, qui ne se contente pas de coller au cœur mécaniquement, il s’accroche chimiquement. L’hydrogel forme des liaisons covalentes avec la surface du tissu. Des fils moléculaires lâches sur l’hydrogel et le cœur se tissent chimiquement. Les atomes d’azote dans l’un fusionnent avec les atomes de carbone dans l’autre, et vice versa, pour former des connexions solides, semblables à des protéines. « Il fournit un couplage électrique mécaniquement doux et intime », explique Rogers.
Chaque couche peut commencer à se dissoudre dès qu’elle est mouillée, et il est important que le dispositif ne se dégrade pas trop tôt après son implantation. Ainsi, le stimulateur cardiaque se trouve à l’intérieur d’une coque en polymère soluble qui agit comme un tampon contre le temps – le matériel a deux semaines pour faire son travail pendant que sa coque se dissout. Le reste commence à se dégrader après cela, mais d’ici là, le patient ne devrait plus avoir besoin du stimulateur cardiaque. Dans les cas où un appareil plus durable est nécessaire, l’équipe pourrait construire une version avec une capsule plus épaisse.
L’équipe a testé l’appareil sur des animaux avec un petit cœur (rats et souris), un cœur moyen (lapins) et des animaux avec un cœur presque de taille humaine (chiens). Dans tous les cas, leur appareil pourrait contrôler le rythme cardiaque d’un animal. (Ils ont également testé des tissus isolés de donneurs humains et ont trouvé le même succès.)
L’équipe de Rogers et Arora a également testé comment les stimulateurs cardiaques s’estompaient chez les rats. Ils ont montré que les appareils sont restés intacts pendant une semaine, ont été pour la plupart dissous à trois semaines et ont cessé de fonctionner à quatre semaines. À 12 semaines, ils avaient complètement disparu.
« Réaliser cette fonctionnalité, mais aussi faire disparaître le tout sans avoir de sous-produits potentiellement dangereux ou toxiques, c’est un énorme défi », déclare Ellen Roche, ingénieure biomédicale au MIT qui développe des dispositifs cardiaques, qui n’a pas été impliquée dans ce travail. « Indépendamment, l’un ou l’autre est faisable », poursuit Roche. « Mais les faire tous les deux ensemble, je pense, est un grand accomplissement. »
« C’est vraiment cool de voir des matériaux simples ; nous connaissons déjà leur charge de toxicité », explique Chris Bettinger, ingénieur biomédical chez Carnegie Mellon. « Je pense que la simplicité est souvent sous-estimée. »
Mais un dispositif invasif comme un stimulateur cardiaque nécessitera beaucoup plus de tests pour prouver la sécurité et l’efficacité chez l’homme. Un autre défi pourrait être le paysage de la surface du cœur, qui serait beaucoup plus endommagé chez les patients cardiaques que chez les animaux de laboratoire. Raman, le cardiologue qui ne fait pas partie de l’équipe d’Arora, note que certaines des personnes qui pourraient avoir besoin de ce type d’appareil ont déjà des cicatrices tissulaires causées par une maladie cardiaque et des blocages, ce qui rendrait la formation de connexions électriques plus difficile. « Mais sur la base de la conception, on pourrait supposer que cela fonctionnera », explique Raman.
