Carmat s'inspire de l'homme pour son coeur artificiel

La faune et la flore ne sont pas les seules sources d'inspiration dans la nature. L'homme peut, lui aussi, servir de modèle, notamment lorsqu'il s'agit de reproduire la complexité d'un organe. C'est le cas chez Carmat qui développe le coeur artificiel le plus le plus proche du coeur biologique.

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Carmat s'inspire de l'homme pour son coeur artificiel
Carmat s'inspire de l'homme pour son coeur artificiel

Sur le campus de Vélizy-Villacoublay (Yvelines), entouré de géants de l'aéronautique, de l'informatique et des télécommunications, un bâtiment se démarque par sa discrétion. Il héberge essentiellement des jeunes pousses. L'une d'elle, Carmat, a une activité plutôt originale puisqu'elle fabrique... des coeurs humains ! On s'attend alors à visiter un énorme laboratoire de culture cellulaire, ou encore une chaîne de production automatisée d'organes. Quelle surprise de se retrouver au milieu d'un espace confiné, où quatre techniciens assemblent, à la façon d'horlogers, les différentes pièces d'un mécanisme complexe. L'objet qu'ils ont entre les mains est précieux : il représente le dernier espoir pour remplacer des coeurs défaillants, qui ne répondent plus aux traitements et pour lesquels il n'y a pas de greffes disponibles.

L'ambition de Carmat, proche du rêve de science-fiction, ne date pourtant pas d'hier. Le concept d'un coeur artificiel français naît dans les années 1980, sur l'idée d'Alain Carpentier, célèbre chirurgien et cardiologue. Il dépose dès 1988 un brevet pour protéger son architecture. Le projet décolle cinq ans plus tard, quand un partenariat se noue avec le missilier Matra Défense (désormais regroupé au sein d'EADS). Une collaboration que le directeur adjoint de Carmat, Patrick Coulombier, qualifie de naturelle. Il y a en effet de nombreuses similitudes entre un coeur et un missile, qui sont tous deux un assemblage dense de matériaux soumis à de fortes contraintes. Deux prototypes plus tard, voici la prothèse prête à être implantée chez l'homme. À première vue, l'objet ovale et blanc semble assez éloigné de notre boîte à rythme interne. Du moins avant de plonger dans son intimité.

Une réplique biologique et anatomique

La première ressemblance avec le coeur est d'ordre anatomique. La réplique bionique comporte en effet deux cavités à la place des ventricules, ces pompes qui acheminent le sang dans tout l'organisme. Non seulement les poches ont une forme et un volume réalistes, mais elles imitent fidèlement les contractions cycliques et l'élasticité du tissu cardiaque. Cela est dû en partie à l'utilisation, en surface des ventricules et des parties en contact avec le sang du patient, de péricarde bovin. Le tissu s'étire et se resserre comme une peau sur laquelle les globules rouges glissent sans adhérer. Et élimine du même coup le risque de formation de caillots, désastreuse pour le porteur de l'implant.

En termes de fonctionnement physiologique aussi, le coeur Carmat mime le coeur humain. Sur ce point, les médecins n'ont fait aucunes concession aux ingénieurs. À l'instar d'un coeur artificiel concurrent, les ventricules auraient par exemple pu être commandés par un seul actionneur appliquant une pression similaire sur les deux poches. Un tel mécanisme, simple à concevoir, aurait néanmoins abouti à une destruction rapide des valves qui contrôlent l'entrée et l'éjection de sang dans le coeur. Du coup, la prothèse comporte deux pompes qui actionnent indépendamment les ventricules, à la manière des muscles qui compriment les cavités cardiaques gauche et droite.

Un cerveau embarqué

La miniaturisation, indispensable pour alléger l'implant, ne s'est pas faite sans contraintes. Les techniciens souhaitaient dans un premier temps réduire le volume des ventricules. Mais, ce faisant, le rythme cardiaque du porteur aurait été constamment accéléré, augmentant au passage le risque d'accidents cardio-vasculaires.

Une des conséquences de cette absence de compromis est que le coeur artificiel est bien plus lourd que son modèle. Car, outre la partie biologique et les pompes magnétiques, la prothèse abrite aussi une batterie de capteurs et un microprocesseur. Ce deuxième « cerveau » est indispensable pour compenser les connexions nerveuses perdues lors de la transplantation : différentes situations physiologiques (repos, effort...) sont programmées sous la forme d'algorithmes dans la puce, et les capteurs surveillent en continu plusieurs paramètres. L'un d'eux est un inclinomètre qui mesure la position du porteur : par exemple, si ce dernier se lève brutalement de son lit, les données collectées serviront à ajuster la pression d'éjection sanguine au niveau du ventricule gauche, afin de faciliter l'envoi de sang au cerveau.

Tout élaborés qu'ils sont, les composants électroniques du coeur Carmat ne rejoignent pas immédiatement la cage thoracique du patient. Pendant plusieurs mois, ils sont éprouvés sur des bancs de tests afin de vérifier la résistance du coeur à de nombreux scenarii, des plus ordinaires aux plus dramatiques tels qu'une hémorragie. Ces simulations se font d'abord sur les composants séparés, puis sur la prothèse entière.

La fierté de Carmat se terre dans les sous-sols de l'entreprise : il s'agit d'un banc d'essai qui simule l'intégralité de la circulation sanguine, des différents organes aux moindres vaisseaux et artères, et conçu spécifiquement pour accueillir le coeur artificiel. Certes, le « sang » qui s'écoule dans les flexibles n'est que de l'eau. « Mais nous l'avons rendu légèrement visqueux pour s'approcher de la texture réelle du sang », glisse, sourire en coin, Patrick Coulombier. Qu'on se le dise : il n'y a pas d'excès de zèle quand il s'agit de reproduire la nature.

Bientôt un coeur alimenté à l'hydrogène

Le coeur Carmat sera d'abord alimenté par une batterie lithium-ion externe. C'est la filiale Amesys, du groupe français Bull, qui développe les batteries reliées à la prothèse via une prise qui traverse l'abdomen. Les premiers patients implantés disposeront, avec une charge, d'une autonomie de trois à cinq heures. Avec PaxiTech, une spin-off du CEA, Carmat planche sur une pile à hydrogène capable de fonctionner douze heures d'affilée. D'un poids de trois kilogrammes, elle pourra être portée à la ceinture, et reliée au coeur via un câble passant derrière l'oreille. Elle sera disponible fin 2012 pour tous les patients greffés.

DONS D'ORGANE

Seuls 4 000 coeurs sont disponibles chaque année, pour 100 000 demandeurs.

CARMAT

- Jeune entreprise issue du partenariat entre le chirurgien Alain Carpentier et le groupe EADS. - Créée en 2008. - Usine pilote d'assemblage de coeurs artificiels à Vélizy-Villacoublay, en activité depuis novembre 2010. - Capacité : 250 prothèses par an. - Effectif : 36 personnes. - Autorisation d'implanter de l'Afssaps attendue d'ici fin 2011.

LA COURSE VERS LE COEUR BIOMIMÉTIQUE

1982 - Le Jarvik 7 est le premier coeur artificiel greffé chez l'homme. Ses deux ventricules sont actionnés par un encombrant générateur d'air comprimé. 2000 - Implanté pour la première fois en Europe, le Jarvik 2000 est une turbine qui assiste le ventricule gauche dans la fonction d'éjection du sang. 2001 - Un patient de 59 ans reçoit l'AbioCor (Abiomed, États-Unis), le premiercoeur artificiel alimentépar une batterie. Il survit 152 jours .

Le coeur humain

300 à 350 grammes Volume ventriculaire 70 ml Biocompatible et absence de risque de thrombose Adapté aux besoins physiologiques du patient Durée de vie d'une greffe biologique : 5 ans

Le coeur de Carmat

900 grammes sans la batterie externe Volume ventriculaire 65 ml Compatible avec au moins 65 % des patients et matériaux biocompatibles (PEEK, péricarde bovin) Capteurs de pression et de position, microprocesseur et algorithmes Durée de vie estimée : équivalente à une greffe biologique

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