Une alternative au cœur naturel, le Carmat

1. Historique des cœurs artificiels

L’histoire des cœurs artificiels commence en 1957 lorsque deux chirurgiens arrivent à maintenir un chien en vie pendant une heure à l’aide d’un cœur en plastique. La première implantation humaine est effectuée en 1962 sur un malade dont l’état est désespéré, mais celui-ci ne survivra que quelques jours. Enfin en 1982 le cœur artificiel Jarvik est implanté sur plusieurs patients mais ils ne survivront qu’une centaine de jours. C’est un cœur mécanique à deux ventricules. Il est raccordé aux oreillettes et est activé par un système externe à air comprimé. La « Food and Drug Administration » interdit alors aux chirurgiens de continuer ces implantations au vu du trop faible temps de survie des malades à la suite de l’opération. Plus tard, en 1993 est implanté le premier ventricule artificiel Novacor. Puis, en 2003 est mis au point le Thoratec. Un appareil, de la taille d'un poing et de la forme d'une bombe hydraulique capable d’assister un cœur  malade durant trois années et permettre ainsi au patient d'attendre une greffe dans des conditions de vie normales. Enfin, en 2011 est conçu le Carmat sur lequel la médecine moderne fonde de grands espoirs et auquel nous allons nous intéresser.

 

  

Jarvik 7                                                                    Novacor

 

2. Le Professeur Carpentier et l’entreprise Carmat

Alain Carpentier nait le 11 août 1933 à Toulouse.  Il est cardiologue et chirurgien à l’hôpital Georges-Pompidou à Paris. Il est aussi professeur à l’Université Pierre et Marie Curie de Paris ainsi que l’Ecole de Médecine Mount Sinaï à New-York. Il fonde en 1991 l’Institut du Cœur de Ho-Chi-Minh-Ville au Vietnam. Dans le cadre d’un partenariat Franco-vietnamien, il a aussi fondé en 1992 le Centre Médical International. Celui-ci permet de soigner les ressortissants français au Vietnam et reverse l’intégralité de ses bénéfices pour soigner des enfants vietnamiens atteints de problèmes cardiaques. Durant toute sa vie, le Professeur Carpentier s’est totalement dévoué à la cardiologie pour comprendre et soigner l’organe vital et si complexe qu’est le cœur humain.

C’est dans le but de palier au terrible manque de greffons qu’il crée, en 1993 avec l’aide financière de Jean-Luc Lagardère et de son entreprise MATRA, l’entreprise CARMAT. Basée à Vélizy Villacoublay et employant 36 personnes, l’entreprise  effectue des recherches, essais et fabrications de prototypes de cœurs artificiels jusqu’en 2008, date à laquelle le cœur CARMAT final a été établi. Dès lors, des essais cliniques sont en cours afin d’implanter enfin un cœur CARMAT chez un patient humain.

Selon la RTBF, le Professeur Alain Carpentier serait même en lice pour décrocher en 2013, le prix Nobel de Médecine.

Professeur Alain Carpentier


3. Le coeur artificiel "CARMAT" 

Le Cœur « CARMAT » est le projet de cœur artificiel le plus avancé à ce jour. En effet, il s’agit du premier cœur totalement implantable et qui permet une mobilité quasi-normale du patient. Le système est composé de deux parties :

Un cœur implantable qui pèse 800 grammes (un cœur naturel pèse entre 300 et 350 grammes) et qui est légèrement plus gros que le cœur naturel.

Une partie externe composée de batteries et d’un ordinateur qui récupère toutes les informations médicales qui sont envoyés directement au médecin traitant afin de suivre l’état du patient à tout moment.

En raison des technologies de pointe et innovante, un système complet coûte entre 160 000 et 180 000 euro.

  

Prototype de "CARMAT"

systeme_patient

Système complet


4. Fonctionnement du cœur

Le cœur artificiel de la société CARMAT est un condensé de technologie et d’ingéniosités qui lui permettent de se comporter au plus proche d’un cœur naturel. En pratique, de multiples capteurs ainsi qu’un microprocesseur analysent toutes sortes de données. Grâce aux informations recueillies, le microprocesseur est en mesure de contrôler la vitesse de pompage de deux motopompes, ce qui permet de réguler le débit cardiaque. Les motopompes pompent un liquide d’actionnement situé dans deux réservoirs.  Le liquide va gonfler ou dégonfler une biomembrane dans chaque ventricule : lorsque le liquide se retire de la biomembrane, celle-ci se dégonfle et crée un phénomène d’appel d’air qui entraîne le sang dans le ventricule. A l’inverse, lorsque le liquide est conduit à la biomembrane, celle-ci se gonfle et éjecte le sang dans les artères et dans les veines. Comme pour le cœur naturel, chaque membrane a un rôle précis et fonctionne en alternance : le ventricule droit amène le sang pauvre en oxygène jusqu'aux poumons, ce sang, devenu oxygéné, est amené jusqu'aux tissus et organes grâce au travail du ventricule gauche.

A l’extérieur du patient, deux batteries assurent l'apport en électricité des motopompes et un ordinateur, collectant les données recueillies par les capteurs internes, envoie via le réseau cellulaire, les informations cardiaques du patient à son médecin traitant. Cette connexion constante permet ainsi à l’hôpital d'être informé à temps en cas de complication.

 

Schéma du princpe de fonctionnement


5. Le risque de rejet

Avant chaque utilisation de biomatériaux sur un corps humain ou animal, il est indispensable d’établir leur biocompatibilité.

Pour cela, on les teste in vitro et in vivo avant leur mise en service.

Les prothèses valvulaires aortiques sont un bon exemple des biomatériaux utilisés pour le cœur artificiel. Elles permettent d’augmenter l’étanchéité des valvules qui forment un clapet entre la pompe cardiaque et l’aorte.  L’insuffisance aortique est une conséquence directe d’un mauvais fonctionnement de ces valves.

On utilise également des prothèses étanches entièrement synthétiques (qui permettent la création de biomembranes). Le PTFE  ou le Dacron sont des espèces chimiques utilisés dans la création de biomembraes et les remplacements d’artères de gros diamètre. Ces biomatériaux sont ensuite « colonisés » par des cellules humaines dites endothéliales c’est à dire les cellules qui sont en contact direct avec le sang (elles constituent la couche externe des vaisseaux sanguins et des artères). La porosité de ces matériaux permet de faciliter cette « endo-colonisation »  et accélère le recouvrement des biomatériaux  par les cellules. Ce recouvrement favorise l’hémocompatibilité c’est à dire la limitation d’occlusion et d’inflammation.

CARMAT a innové dans le progrès de la réduction de rejet. Le nouveau cœur artificiel bénéficie d’une compatibilité anatomique.  L’espace intra-thoracique humain étant restreint, l’intégration d’un cœur artificiel est souvent réalisée au détriment du volume d’éjection sanguin. Cela accélére ainsi artificiellement la fréquence cardiaque. Un simulateur d’implantation virtuelle doit permettre au médecin de vérifier le taux « d’implantabilité » du cœur avant l’opération.

Les systèmes d'assistance ventriculaires originels possédaient une autonomie de 4 à 6h, ce qui était un handicap pour le patient. C’est pourquoi CARMAT a développé une pile à combustible portative qui ne présente plus les problèmes de stockage de l’hydrogène rencontrés dans les piles à combustible d'origine. Ainsi le cœur artificiel du patient bénéficie d’une autonomie de 12h.

On sait que le cœur humain adapte automatiquement son débit et sa fréquence en fonction de l’activité. L’absence de réponse automatique et immédiate entre le débit et la fréquence engendre des problèmes cardiaques pour le patient (essoufflement à l’effort, palpitations au repos, etc.) qui diminuent sensiblement sa qualité de vie et son aptitude à reprendre des activités normales.

Le cœur Carmat ajuste le débit et la fréquence à l’activité pour éliminer l’inconfort. En plus, il réagit à ces besoins physiologiques en maintenant la pression aortique pour assurer un apport sanguin permanent aux organes.

 

hemocompatibilite_01pile

membrane interne                                                                        batterie


comparatif.png

Coeur naturel (en rouge) à gauche et coeur artificiel à droite


Tableau des différentes éspèces chimiques utilisés dans les biomembranes :

Nom

PTFEe, Teflon ou

polytétrafluoroéthylène

Dacron ou

Polytéréphtalate d'éthylène

Formule brute (C2F4)n (C10H8O4)n
 Formule développé  Polytéréphtalate d'éthylène : -[O-(CH2)2-O-CO-pPh-CO]n.



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