La pose d’une pompe cardiaque artificielle est pour bien des patients le geste qui sauve. Mais cette mesure s’accompagne souvent d’effets secondaires. Il existe un danger de formation de caillots sanguins ou de phénomènes de rejet des matériaux étrangers, ce qui peut entraîner de fortes réactions immunitaires. C’est pourquoi, en 2011 déjà, des chercheurs de l’Hôpital universitaire de Zurich ont lancé avec des collègues de l’Université et de l’EPF de Zurich le projet «Zurich Heart». Y participent des médecins, ingénieurs, biologistes et chercheurs en matériaux. Leur objectif: perfectionner les pompes existantes et trouver de nouvelles solutions aux problèmes identifiés. Une dizaine de sous-projets testant de nouvelles approches sont en cours, avec la participation de chercheuses et chercheurs de diverses universités et divers instituts, dont l’Empa.

Plusieurs équipes de l’Empa participent à «Zurich Heart» et travaillent sur une nouvelle génération de pompes cardiaques «camouflées», c’est-à-dire revêtues de manière que les anticorps ne les distinguent pas d’un cœur authentique. On sait que les vaisseaux sanguins naturels – dont les vaisseaux cardiaques – sont revêtus intérieurement de cellules dites endothéliales qui régulent les échanges entre le sang et les tissus voisins. Les pompes cardiaques artificielles doivent donc offrir une enveloppe colonisable aux cellules endothéliales du receveur, une surface que son sang ne percevra pas comme artificielle mais comme celle du cœur original. Le groupe de chercheurs d’Edoardo Mazza, qui dirige le département «Experimental Continuum Mechanics» de l’EPF et assurer la co-direction du projet «Zurich Heart», a réussi à mettre au point une membrane présentant d’excellentes conditions de colonisation par des cellules endothéliales. En plus de servir de substrat à ces indispensables cellules, la membrane amortit les impulsions de la pompe. Ce qui est nécessaire dans la mesure où, quel que soit l’attrait du substrat, les cellules ne pourraient pas s’y fixer et seraient emportées par le courant sanguin si de trop fortes secousses l’agitaient.

Pour que les cellules endothéliales se sentent bien sur la membrane et puissent s’y fixer, Aldo Ferrari, chercheur à l’EPFZ et à l’Empa, en a texturé la surface en réseau hexagonal. Ce léger nid d’abeille offre aux cellules un espace où se nicher et résister au courant. La méthode est efficace, comme l’équipe l’a montré in vitro et in vivo : les cellules sont restées fixées à la membrane après plusieurs cycles de pompage, ce qui ouvre la voie au développement de pompes cardiaques biocompatibles. Ce succès ne résout par pour autant tous les défis, l’objectif n’étant pas de revêtir une membrane test, mais tout l’intérieur de la pompe de cette structure texturée.

«Zurich Heart» entre maintenant dans sa seconde phase. «Nous voulons transformer quelques unes des solutions développées par «Zurich Heart» en produits adaptés à la clinique», précise Mazza. Cela peut durer plusieurs années, raison pour laquelle le projet n’a pas de limite fixe. La première génération des doctorants qui ont participé à «Zurich Heart» a maintenant terminé et publié ses travaux et déposé de nombreuses demandes de brevet. Les retours sont positifs. «Notre sous-projet de membrane hybride a progressé bien au-delà de nos attentes», ajoute Mazza qui, avec son équipe, prépare déjà l’étape suivante: l’étude du comportement à long terme d’une pompe cardiaque «endothéliumisée». Les pompes cardiaques doivent en effet assurer leur fonction sur plusieurs millions de battements. «Toutes ces années, notre motivation n’a fait qu’augmenter», conclut-il, confiant que les travaux à venir livreront de précieuses informations et déboucheront sur des solutions applicables en cardiologie humaine.