Un patch cardiaque inspiré de l’origami mis au point à Bâle

À Bâle, une équipe de recherche a commencé à travailler sur le développement d’un patch fait de papier et de cellules, qui permet d’atténuer les conséquences d’une crise cardiaque.

Plaques de titane sur des os brisés, puces et câbles dans des colonnes vertébrales endommagées et, maintenant, origami à l’intérieur du cœur. La médecine contemporaine est en constante évolution, et une nouvelle merveille biomédicale inspirée des feuilles pliées de la tradition japonaise vient de faire ses premiers pas dans les laboratoires bâlois.

Le résultat est le fruit d’une vaste collaboration entre les groupes de recherche des professeurs Anna Marsano et Andrea Banfi de l’Université de Bâle, Maurizio Gullo de la Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) et de l’Institut suisse des nanosciences (SNI), et l’entreprise OMYA International AG. L’équipe d’ingénieures et ingénieurs biomédicaux et de spécialistes des nanosciences a publié en mars dans la revue ACS Biomaterials Science and Engineering les résultats de ses premières expériences visant à mettre au point un dispositif médical pour traiter la patientèle souffrant d’un infarctus du muscle cardiaque.

Certains des différents types de tissus qui composent le cœur ont été cultivés sur de petites feuilles de cellulose et peuvent, grâce à un pliage en accordéon, se contracter et s’étirer selon les besoins du muscle cardiaque. À l’avenir, le dispositif pourrait être implanté dans des cœurs endommagés par des crises cardiaques pour remplacer les cellules mortes, comme un véritable patch.

Pour l’instant, il ne s’agit que d’expériences en éprouvette, mais c’est là que commence le long voyage qui fera passer une biotechnologie pionnière de l’état d’idée dans l’esprit d’un chercheur à celui d’outil dans les mains de la médecine.

Le projet vise à mettre au point un traitement pour les cœurs atteints d’ischémie, une occlusion partielle ou totale de l’artère qui alimente le cœur en sang et en oxygène et qui nuit à son fonctionnement. Si l’artère est bloquée, les tissus qui composent le cœur souffrent d’un manque de nutriments et d’oxygène, au point de subir des dommages graves et parfois irréversibles.

La conséquence de ce processus est que le cœur n’est plus capable de pomper efficacement. «Le cœur a une capacité très limitée à se réparer et à guérir. S’ils ne sont pas traités correctement, ces dommages peuvent progresser avec le temps et s’aggraver au point de provoquer une insuffisance cardiaque», explique Anna Marsano, professeure au département de biomédecine de l’université de Bâle, qui poursuit: «Nos travaux portent sur la création de modèles cardiaques in vitro fiables (c’est-à-dire n’utilisant que des cellules cultivées en laboratoire, ndlr) afin d’étudier les mécanismes des dommages et d’identifier les stratégies de régénération possibles. L’objectif ultime est de restaurer la fonction de pompe du cœur».

En général, si une personne est victime d’un arrêt cardiaque et qu’elle reçoit de l’aide à temps, l’événement n’est pas fatal. En revanche, le taux de mortalité est beaucoup plus élevé lors d’une deuxième, voire d’une troisième crise cardiaque. «C’est pourquoi il est essentiel de rétablir la fonction cardiaque: le cœur d’une personne victime d’un infarctus continue dans certains cas à pomper, mais s’il ne fonctionne pas de manière optimale, des maladies graves peuvent se développer.

«Il est primordial de restaurer autant que possible la fonction cardiaque», commente Maurizio Gullo, chef d’un groupe de recherche à la Fachhochschule Nordwestschweiz et membre de l’Institut suisse des nanosciences. En général, des traitements médicamenteux et éventuellement des interventions chirurgicales sont effectués, comme la pose de stents, pour maintenir les artères coronaires ouvertes.

Jusqu’à présent, les équipes de recherche ont réussi à montrer que des cellules cultivées sur de la cellulose enveloppée dans une gélatine spéciale peuvent se contracter et s’étirer comme l’exige le muscle cardiaque, appelé myocarde. «Ici, nous n’avons qu’une couche de cellules vasculaires et une couche de cellules cardiaques. La prochaine étape consistera à ajouter d’autres couches et à rendre le patch entièrement fonctionnel. Nous pourrions alors effectuer les premiers tests sur de petits animaux, tels que des souris, puis sur des animaux plus grands, tels que des porcs, et enfin procéder à des essais cliniques sur des personnes. Mais ce n’est pas pour tout de suite», explique Antonio Sileo, chercheur au sein du groupe dirigé par Anna Marsano.

Pour répondre aux exigences biotechnologiques ambitieuses, la cellulose a été méticuleusement pliée dans de très petits moules. «Nous avons exploré différentes approches et constaté que le modèle était essentiel pour obtenir le rétrécissement souhaité», commente Antonio Sileo. La cellulose a été fabriquée sur mesure par la société OMYA International AG, mais «elle ne ressemble pas au papier que nous utilisons pour écrire, car elle ne contient pas les nombreux additifs, colles et agents de blanchiment des feuilles ordinaires. Il s’agit d’une fibre de cellulose pure qui, d’une certaine manière, est plus proche du papier produit il y a longtemps», précise Maurizio Gullo. «Elle a deux fonctions principales: la première est de soutenir la couche de cellules et de lui permettre de se contracter, la seconde est de fournir un soutien structurel à la chirurgienne ou au chirurgien pour qu’il puisse manipuler le tissu pendant l’opération».

Il est difficile de prédire l’avenir de la recherche et du développement de nouvelles technologies, en particulier dans le domaine médical, où le délai entre le principe et l’application peut atteindre plusieurs décennies. Cependant, loin de tout battage médiatique, les thérapies du futur naissent de cette manière, à partir d’une expérience réussie en éprouvette.

Traduit de l’italien à l’aide de DeepL par Emilie Ridard