Une nouvelle solution pour l'alimentation électrique des pompes cardiaques
Près d'un sponsor sur deux d'un système d'assistance circulatoire est confronté à des infections. La raison en est le gros câble d'alimentation électrique. Des chercheurs de l'ETH ont désormais trouvé une solution à ce problème.
![Un homme regarde le nouveau système de câble pour les pompes cardiaques.](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/02/eine-neue-loesung-fuer-die-stromversorgung-von-herzpumpen/_jcr_content/articleLeadImage/image.imageformat.carousel.1844085336.jpg)
En bref
- Les patients souffrant d'insuffisance cardiaque avancée et dépendant d'un système d'assistance circulatoire artificiel sont souvent sujets à des inflammations au niveau du point de sortie du câble.
- Des chercheurs de l'ETH ont mis au point un nouveau système de câble avec de petits cratères à la surface, qui prévient les inflammations et les infections.
- Les couches extérieures de la peau peuvent ainsi guérir plus rapidement et les patients sont mieux protégés contre les bactéries.
De nombreux patients en attente d'une greffe de cœur ne peuvent continuer à vivre qu'à l'aide d'une pompe fixée directement sur leur cœur. Cette pompe consomme à peu près autant d'électricité qu'un téléviseur, qu'elle tire d'une batterie externe via un câble de sept millimètres de diamètre. Le système est certes maniable et fiable, mais il a une grande faiblesse : malgré les mesures médicamenteuses, le point de sortie du câble sur l'abdomen peut devenir une porte d'entrée pour les bactéries.
Si l'on en croit le chercheur de l'ETH Andreas Kourouklis, ce problème devrait bientôt appartenir au passé. En collaboration avec le professeur Edoardo Mazza de l'ETH et des médecins du Centre cardiaque allemand de Berlin, l'ingénieur a mis au point un nouveau système de câbles qui alimente la pompe cardiaque en électricité sans risque d'infection. C'est d'autant plus important que les méthodes sans fil de transmission de l'électricité ne seront pas disponibles pour les patients dans un avenir proche. Kourouklis a reçu une bourse de pionnier de l'ETH Zurich pour faire progresser cette technologie.
Des fils fins avec des cratères remplacent le gros câble
"L'épaisseur du câble dans les systèmes d'assistance circulatoire existants crée une plaie ouverte qui ne guérit pas et qui affecte fortement la qualité de vie des patient(e)s", explique Kourouklis. Un tissu cicatriciel mal irrigué se forme autour du point de sortie, ce qui non seulement entrave l'autoguérison de la peau, mais augmente également le risque d'infection. Comme les couches externes de la peau adhèrent mal à la surface lisse du câble, elles se développent vers le bas. Les bactéries passent ainsi de la surface de la peau aux couches tissulaires plus profondes. Conséquence : les patients sont régulièrement confrontés à des infections qui doivent être traitées à l'hôpital.
Une technologie développée par des chercheurs de l'ETH autour d'Andreas Kourouklis devrait permettre de remédier à cette situation : au lieu d'un gros câble plus rigide que la peau humaine, plusieurs fils minces et flexibles à la surface bombée et irrégulière assureraient l'alimentation électrique de la pompe cardiaque. Les chercheurs comparent leur approche aux cheveux humains qui traversent la peau sans provoquer d'infection : "Des fils plus souples avec une surface pleine de petits cratères irréguliers favorisent la cicatrisation de la peau", explique Kourouklis. La raison : les couches les plus externes de la peau adhèrent mieux à ces fils et ne s'incrustent pas vers le bas. De nouveaux tissus se forment plus rapidement et la peau reste plutôt intacte en tant que barrière contre les infections bactériennes.
Des gouttes d'eau créent de petits cratères
Pour créer les cratères à la surface des câbles, les chercheurs de Kourouklis et le professeur Mazza de l'ETH ont développé un nouveau procédé. Ils peuvent ainsi créer de très petits motifs irréguliers sur des surfaces qui ne sont pas plates, ce qui n'était pas possible jusqu'à présent.
La méthode, actuellement brevetée à l'ETH Zurich, fonctionne comme suit : Les chercheurs recouvrent les fils flexibles d'une fine couche de silicone et les refroidissent à moins 20 degrés Celsius. La surface devient ainsi malléable. Les fils sont ensuite placés dans la chambre de condensation, où de petites gouttes d'eau s'enfoncent dans la couche de silicone fluide, créant ainsi des cratères irréguliers. A ce sujet, le Pioneer Fellow Kourouklis explique : "Nous pouvons modifier la position des cratères par le biais de l'humidité et de la température dans la chambre de condensation".
Le défi ici est que les cratères ne doivent être ni trop grands ni trop petits : S'ils sont trop grands, des bactéries peuvent s'y loger et le risque d'infection augmente. Si, au contraire, ils sont trop petits, la peau n'y adhère pas et pousse vers le bas - dans ce cas aussi, le risque d'infection augmente. Un problème d'optimisation classique que Kourouklis et son équipe tentent de résoudre à l'aide de modèles assistés par ordinateur et d'expériences.
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Les premiers tests confirment un risque d'infection réduit
Kourouklis et ses collègues ont effectué les premiers tests sur des cultures de cellules cutanées. Ce n'est qu'ensuite que le nouveau système de câbles ainsi que l'ancien câble épais ont été implantés sur un mouton. Les résultats rendent le chercheur de l'ETH optimiste : alors que les câbles épais à surface lisse ont provoqué de graves inflammations, les câbles minces et souples n'ont entraîné que des réactions inflammatoires légères. Aucun mouton n'a subi de blessures permanentes lors des essais.
Plus important encore : la peau des moutons a mieux adhéré aux nouveaux câbles et n'a pratiquement pas poussé vers le bas par rapport aux câbles épais. En conséquence, les câbles minces avec cratères n'ont pas entraîné d'infection de la plaie de sortie chez les animaux.
Kourouklis travaille actuellement avec des techniques médicales et des chirurgiens cardiaques pour améliorer le système de câbles. Son objectif est de mettre la technologie sur le marché le plus rapidement possible. Mais avant que le nouveau système de câbles puisse être utilisé sur des patients cardiaques, une série de tests sur des modèles de peau, des animaux et finalement sur des humains sont encore nécessaires.
Programme de bourses Pioneer
Le Pioneer Fellowship est un programme de soutien complet qui offre aux penseurs innovants des conditions idéales pour démarrer leur activité entrepreneuriale. Le programme s'adresse en premier lieu aux doctorants, mais il est également ouvert aux étudiants en master et aux postdoctorants. Les Pioneer Fellows reçoivent une bourse de 150'000 francs sur 12 à 18 mois, en plus d'un mentorat et d'une formation complets. Les Pioneer Fellowships sont financés conjointement par l'ETH Foundation et l'ETH Zurich.
Ce projet spécifique a été soutenu par la Fondation Alcea et Innosuisse et s'inscrit dans le cadre du côté externeProjet Zurich Heart de la Hochschulmedizin Zurich.
Référence bibliographique
Kourouklis A, Kaemmel J, Wu X, Potapov E, Cesarovic N, Ferrari A, Starck C, Falk V, Mazza E. Systems of conductive skin for power transfer in clinical applications, European Biophysics Journal 2021, 51 : 171, doi : 10.3929/ethz-b-000505294
Kourouklis A, Kaemmel J, Wu X, Banos M, Chanfon A, de Brot S, Ferrari A, Cesarovic N , Falk V, Mazza E. Transdermal wires for improved integration in vivo, Biomaterials Advances 2023, 153 : 213568, doi : côté externe10.1016/j.bioadv.2023.213568