Les battements du cœur, source d’énergie pour les pacemakers du futur ?

Un pacemaker, également connu sous le nom de stimulateur cardiaque, est un dispositif électronique sous-cutané destiné aux personnes qui présentent un défaut au niveau de la régularité des battements du cœur.

Implanté sous la clavicule d’un patient, le pacemaker permet de stimuler artificiellement un cœur humain défaillant à l’aide de petites impulsions électriques.

Concrètement, un pacemaker est équipé de divers composants électroniques en charge de surveiller et de stimuler l’activité électrique spontanée du cœur.

En effet, lorsque le rythme cardiaque du patient présente des irrégularités, il prend le relai et envoie lui-même les impulsions électriques nécessaires au bon fonctionnement du cœur.

Ce fonctionnement nécessite une source d’énergie : les pacemakers sont équipés d’électrodes et d’un générateur d’impulsion dont le fonctionnement est assuré par une batterie au lithium.

La batterie d’un pacemaker affiche en général une durée de vie d’une dizaine d’années : une fois arrivé à cette échéance, il est impératif de remplacer ce système de stockage d’énergie usagé par une batterie neuve.

Ce remplacement nécessite une intervention chirurgicale lourde, voire dangereuse pour le patient. Prolonger la durée de vie des dispositifs implantables apparait donc comme un enjeu important pour le milieu médical.

Un pacemaker autoalimenté et sans batterie

Des chercheurs de l’Académie chinoise des sciences et du Georgia Institute of Technology pourraient bien avoir ouvert une piste sérieuse vers la mise au point d’un pacemaker sans pile et d’une durée de vie quasi-illimitée.

Les journalistes de la revue scientifique Nature ont en effet présenté il y a quelques semaines un nouveau type de pacemaker : le stimulateur cardiaque symbiotique.

Selon ses créateurs, le stimulateur cardiaque symbiotique est un pacemaker entièrement auto-alimenté et dépourvu de batterie. Il utilise en effet l’énergie produite par les battements du cœur ou les vibrations de la cage thoracique pour générer l’électricité dont il a besoin pour fonctionner.

« Notre stimulateur cardiaque symbiotique est inspiré par le phénomène biologique de symbiose qui implique une interaction entre différents éléments évoluant en contact en physique les uns avec les autres. Il convertit l’énergie biomécanique des battements du cœur en électricité capable d’alimenter le module de rythme pour qu’il génère des pulsations », explique le professeur Zhou Li de l’École des Nanosciences et de la Technologie, rattachée à l’Académie des Sciences chinoise.

Des tests menés avec succès

Concrètement, cette innovation fonctionne autour de trois composants. Le premier se charge de capter l’énergie créée par les battements du cœur et de la stocker ; le deuxième est programmé pour assurer la redistribution de cette énergie lorsque le rythme cardiaque du patient présente une défaillance ; et enfin le troisième est un stimulateur cardiaque qui envoie les décharges électriques nécessaires à la correction de l’arythmie.

Le nanogénérateur triboélectrique de ce pacemaker d’un nouveau genre semble pleinement opérationnel.

Nature indique en effet que lors d’un test réalisé sur des porcs, les volumes d’énergie captés ont été suffisants pour assurer le fonctionnement de l’ensemble du système du pacemaker.

« L’énergie récupérée à chaque cycle de mouvement cardiaque a été de 0,495 microjoule, ce qui est supérieur à l’énergie de seuil de stimulation endocardique requise de 0,377 microjoule », expliquent les journalistes de Nature.

Des premiers tests encourageants

Ces premiers résultats sont particulièrement prometteurs et encourageants car ils ont été obtenus sur des porcs dont la taille du cœur est proche de celle de l’être humain.

Une première expérimentation qui laisse donc supposer que le stimulateur cardiaque symbiotique pourrait un jour être une réalité même s’il reste encore beaucoup de travail avant de pouvoir l’adapter à l’organisme humain.

« Pour permettre une implantation la moins invasive possible, et améliorer le confort à long terme des patients, nous devons travailler au développement d’un nano-générateur triboélectrique implantable de taille réduite, capable de se fixer efficacement aux tissus, mais aussi sûre d’un point de vue biologique », explique Zhou Li.

Reste que les travaux de ce groupe de scientifiques internationaux pourraient un jour bénéficier à d’autres domaines médicaux. L’utilisation de technologies capables de valoriser l’énergie produite par le corps humain pourrait en effet être déclinée à l’avenir pour des dispositifs implantables comme les stimulateurs musculaires, nerveux ou cérébraux.