Le cœur, déployé

Le cœur pompe normalement le sang en le serrant et en le tordant, une combinaison complexe de mouvements résultant de l'alignement des fibres musculaires le long du myocarde externe qui recouvre chacun des ventricules cardiaques. L'équipe prévoyait de fabriquer une matrice de muscles artificiels ressemblant à des bulles gonflables, alignés dans les orientations du muscle cardiaque naturel. Mais copier ces modèles en étudiant la géométrie tridimensionnelle d'un ventricule s'est avéré extrêmement difficile.

Ils sont finalement tombés sur la théorie de la bande myocardique ventriculaire hélicoïdale, l'idée que le muscle cardiaque est essentiellement une grande bande hélicoïdale qui s'enroule autour de chacun des ventricules du cœur. Cette théorie est encore un sujet de débat par certains chercheurs, mais Roche et ses collègues l'ont pris comme source d'inspiration pour leur conception. Au lieu d'essayer de copier l'orientation des fibres musculaires du ventricule gauche dans une perspective 3D, l'équipe a décidé de retirer le tissu musculaire externe du ventricule et de le dérouler pour former un long, bande plate - une géométrie qui devrait être beaucoup plus facile à recréer. Dans ce cas, ils ont utilisé le tissu cardiaque d'un cœur de porc explanté.

En collaboration avec le co-auteur principal Chris Nguyen à MGH, les chercheurs ont utilisé l'imagerie par tenseur de diffusion, une technique avancée qui suit généralement la façon dont l'eau s'écoule à travers la matière blanche dans le cerveau, cartographier les orientations microscopiques des fibres d'un ventricule gauche déployé, bande musculaire bidimensionnelle. Ils ont ensuite fabriqué une matrice de fibres musculaires artificielles à partir de minces tubes d'air, chacune reliée à une série de poches gonflables, ou des bulles, l'orientation dont ils ont modelé après les fibres musculaires imagées.

La matrice souple est constituée de deux couches de silicone, avec une couche soluble dans l'eau entre eux pour empêcher les couches de coller, ainsi que deux couches de papier découpé au laser, ce qui garantit que les bulles gonflent dans une orientation spécifique.

Les chercheurs ont également développé un nouveau type de bioadhésif pour coller le papier bulle au ventricule réel, tissu intracardiaque. Bien qu'il existe des adhésifs pour lier les tissus biologiques les uns aux autres, et et pour les matériaux comme le silicone les uns aux autres, l'équipe s'est rendu compte que peu d'adhésifs souples font un travail adéquat pour coller ensemble les tissus biologiques avec des matériaux synthétiques, silicone en particulier.

Roche a donc collaboré avec Zhao, professeur agrégé de génie mécanique au MIT, qui se spécialise dans le développement d'adhésifs à base d'hydrogel. Le nouvel adhésif, nommé TissueSil, a été fabriqué en fonctionnalisant du silicone dans un procédé de réticulation chimique, se lier aux composants du tissu cardiaque. Le résultat était un liquide visqueux que les chercheurs ont appliqué sur la matrice robotique molle. Ils ont également appliqué la colle sur un nouveau cœur de porc explanté dont le ventricule gauche a été retiré mais dont les structures endocardiques ont été préservées. Lorsqu'ils ont enroulé la matrice musculaire artificielle autour de ce tissu, les deux étaient étroitement liés.