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Le pacemaker du futur sera-t-il un laser ?

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Depuis la découverte du laser, on n'en finit pas de lui trouver des applications imprévues. L'une d'elle sera peut-être de remplacer les impulsions électriques des pacemakers... selon équipe dirigée par Andrew Rollins de la Case Western Reserve University.

Un embryon de caille âgé de 53 heures. Une fibre optique livre des impulsions optiques au cœur, tandis qu'une sonde laser de vélocimétrie Doppler (à gauche) enregistre le rythme cardiaque. Crédit : Michael Jenkins

Alors qu'on fête cette année les 50 ans du laser, un article paru  dans Nature Photonics développe un concept issu d'une observation étrange datant de 2008. A l'époque, on aavit découvert que de très courtes impulsions femtosecondes, provenant d'un laser titane-saphir, pouvaient réguler l'activité d'un petit groupe de cardiomyocytes, ces cellules du muscle cardiaque qui se contractent à l'unisson pour créer un battement de cœur. On pouvait donc imaginer se servir de telles impulsions pour créer des pacemakers n'utilisant aucune électrodes en contact avec le cœur, ce qui éviterait certains problèmes.

Les impulsions laser des expériences étaient malheureusement trop intenses et endommageaient les cellules. Cela vient de changer grâce aux travaux d'une équipe américaine menée par Andrew Rollins de la Case Western Reserve University.

Les chercheurs ont ainsi soumis 0,3 mm2 du tube cardiaque d'embryons de caille à des impulsions millisecondes inoffensives dans le domaine infrarouge (1,88 micromètre) provenant d'une diode laser. Les impulsions ont été délivrées à distance à l'aide d'une fibre optique d'un diamètre de 400 micromètres, toute les deux secondes. Cette période correspond à peu près à celle des battements réguliers d'un cœur d'embryon de caille, qui commence à battre au bout de 40 heures d'incubation. Dans les expériences réalisées, des embryons ayant été incubés entre 53 et 59 heures ont été utilisés.

Un pacemaker classique. C'est un stimulateur cardiaque qui provoque une contraction du muscle du cœur grâce à une impulsion électrique. Il normalise le rythme cardiaque lorsque le cœur bat très lentement, ce qui peut provoquer une perte de connaissance ou une syncope, pouvant entraîner des chutes. Crédit : Steven Fruitsmaak

La synchronisation entre la période des impulsions laser et les battements de cœur de ces embryons a bien été obtenue. Pour le prouver, il a suffi de montrer qu'en faisant passer la périodicité des impulsions lasers à 3 secondes puis à nouveau à deux secondes, le rythme cardiaque des embryons de caille suivait le tempo. Aucun dégât décelable au microscope électronique n'a été observé sur les cardiomyocytes tant que l'émission restait sous le seuil de 0,81 J.cm-2.

Pour peu que la situation soit transposable à l'être humain, on pourrait donc réguler le rythme cardiaque en utilisant des impulsions laser similaires. On n'en est pas encore là, ne serait-ce que parce qu'on ne comprend pas très bien pourquoi ces impulsions ont une action sur le potentiel d'action des cellules cardiaques. Les chercheurs pensent à la formation d'un gradient thermique qui ouvrirait les canaux à ions des membranes des cardiomyocytes.

En tout état de cause, si les impulsions laser peuvent être efficaces malgré l'opacité du tissus cardiaque, cela permettrait d'éviter les complications parfois rencontrées avec les électrodes des pacemakers classiques qui doivent être en contact avec le cœur. En outre, des impulsions lumineuses sont plus faciles à concentrer sur des zones bien spécifiques du muscle cardiaque.

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