La plastique du coeur

Les promesses des imprimantes 3D pour la médecine semblent infinies. Remplacer un os cassé, un morceau de crâne endommagé, et pourquoi pas un coeur ? « C’est là qu’on veut aller », dit Lyes Kadem, professeur au Département de génie mécanique, industriel et aérospatial de l’Université Concordia.

Actuellement, des chercheurs parviennent déjà à imprimer des coeurs en 3D fabriqués en silicone. Ceux-ci peuvent battre avec des tensions artérielles réalistes et subir des tests de résonance magnétique. Mais beaucoup de travail reste encore à faire avant de parvenir à transplanter des coeurs en 3D dans l’extrême complexité du système cardiovasculaire humain.

Photo: Valérian Mazataud Archives Le Devoir Lyes Kadem (à droite) et le candidat au doctorat Ahmed Darwish, avec leur coeur artificiel

« Le défi, c’est vraiment de créer un système capable de reproduire le myocarde, le muscle cardiaque », soutient Lyes Kadem, dont les recherches lient le génie à la médecine. Au-delà de la reproduction de l’organe, les chercheurs doivent aussi réussir à l’imprégner d’un débit cardiaque, d’un écoulement, d’une tension artérielle qui peut changer au fil des activités de la journée. « C’est tout un art », mentionne le chercheur. Algorithmes et apprentissage machine sont mis à contribution pour tenter de réaliser cette percée.

Une percée qui pourrait ouvrir la porte à une possible éradication des maladies cardiovasculaires. « J’espère qu’il y aura une génération qui parlera des maladies cardiovasculaires comme nous on parle de la peste, comme quelque chose du passé », dit le chercheur.

Quelque 50 000 personnes décèdent chaque année au Canada des suites de maladies cardiovasculaires. Dans le monde, ce chiffre s’élève annuellement à 18 millions de décès. « Ça représente environ le nombre de morts durant la Première Guerre mondiale, mais qui se répète chaque année », fait remarquer le professeur de génie.

Écoulement

Les travaux menés dans le laboratoire de Lyes Kadem permettent plus particulièrement d’approfondir les connaissances liées à l’écoulement du sang qui circule dans le coeur. Pour reproduire l’écoulement dans des modèles 3D, un mélange d’eau et de glycérine est utilisé. « On n’utilise pas du sang, car ça coagulerait. Avec ce mélange, on reproduit la même viscosité que le sang. Et puisque le mélange est transparent, on peut voir à l’intérieur et prendre des mesures de mécanique des fluides avancées grâce à des techniques laser. »

Avant même que les coeurs imprimés en 3D puissent être transplantables, ceux-ci permettent déjà de réaliser des avancées dans le domaine médical. Lorsque de nouveaux dispositifs médicaux implantables (par exemple, un stimulateur ou des prothèses) font leur apparition, ils sont généralement testés sur des animaux, puis sur l’humain. Un processus qui est inadéquat, selon le chercheur de Concordia.

Non seulement les tests sur des animaux soulèvent de sérieuses questions éthiques, souligne-t-il, mais de plus, les animaux n’ont pas la pathologie pour laquelle le dispositif est conçu. L’impression en 3D permet, quant à elle, de reproduire des pathologies en créant un jumeau du coeur malade. « On peut reproduire des cas cliniques en imprimant en 3D le coeur de patients malades, reproduire l’écoulement du sang et ainsi véritablement tester le dispositif médical dans un coeur malade [avant de l’implanter chez l’humain] », fait valoir Lyes Kadem.

L’impression de coeurs en 3D offre également des avenues prometteuses pour la formation des médecins. Le mentorat est encore le modèle privilégié pour former les médecins, ce qui fait en sorte qu’il y a une variabilité dans la formation offerte. « Suivant leur position géographique et le moment où ils suivent leur formation, les étudiants vont être exposés à certains cas qui seront différents pour un autre groupe d’étudiants », souligne Lyes Kadem. L’impression en 3D permet de rêver d’une formation uniforme, fondée sur la reproduction de cas cliniques, dont certains peuvent être très rares. « Cela permettrait de s’affranchir de cette variabilité en faisant en sorte que les étudiants passent par le même niveau de difficulté. »

Médecine personnalisée

L’impression en 3D permet également d’embrasser pleinement les promesses de la médecine personnalisée. L’idée est ici de se dissocier du principe que les dispositifs médicaux doivent être applicables à tous. Ainsi, les coeurs artificiels qui sont actuellement développés sont fabriqués selon un modèle unique, explique le chercheur. C’est donc au patient de s’adapter au dispositif. « En imprimant en 3D, on veut imprimer un coeur qui soit vraiment spécifique pour chaque patient. »

Avant de parvenir à une transplantation d’un coeur imprimé, beaucoup de chemin reste à parcourir. « On doit encore tester les fonctionnalités et la durabilité. Y arrivera-t-on un jour ? Oui, mais ce n’est pas pour demain », conclut Lyes Kadem.

Ce contenu est réalisé en collaboration avec l’Université Concordia.