Une 3D

Aug 02, 2023

Le cœur est un organe complexe dont la fonction est simple : pomper le sang et l’expulser à nouveau.

Pour ce faire, il utilise un réseau interconnecté de cellules cardiaques rectangulaires appelées cardiomyocytes qui pompent le sang dans la partie supérieure du cœur (à travers les oreillettes) et l'expulsent par les ventricules situés en bas. Les cellules cardiaques du cœur le maintiennent à un rythme de 60 à 100 battements par minute, en fonction de la fréquence cardiaque basale de la personne.

En raison de la complexité du cœur, les tentatives visant à imprimer en 3D une version modèle destinée à des tests de dépistage de drogues, ou même à l'implanter à l'intérieur d'une personne vivante, ont échoué – jusqu'à présent.

Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont annoncé un modèle imprimé en 3D d'un ventricule qui bat à son propre rythme inhérent lorsqu'il est stimulé par l'électricité. L’astuce réside dans un nouveau type d’encre gel infusé de fibres (FIG), conçue pour que les fibres à l’intérieur se connectent les unes aux autres comme le font les cardiomyocytes.

"L'encre FIG est capable de s'écouler à travers la buse d'impression mais, une fois la structure imprimée, elle conserve sa forme 3D", a déclaré Suji Choi, chercheur associé à SEAS, dans une interview avec Harvard News. "Grâce à ces propriétés, j'ai découvert qu'il était possible d'imprimer une structure semblable à un ventricule et d'autres formes 3D complexes sans utiliser de matériaux de support ou d'échafaudages supplémentaires."

La nouvelle encre 3D est née d'une idée d'un chercheur postdoctoral, Luke MacQueen, mais elle a été développée dans le laboratoire de Kevin Parker, chef du groupe de biophysique des maladies au SEAS. La machine permet le tissage d'une matière microfibre particulièrement délicate.

Choi a utilisé la machine pour fabriquer une fine feuille semblable à du coton, qu'elle a divisée en minuscules segments, à l'aide d'ondes sonores, et qu'elle a ajoutée à l'encre hydrogel. Au fil du temps, elle a trouvé le bon rapport entre les segments d’encre et de fibre, qui ne mesuraient qu’environ 100 micromètres de long. Avec la bonne encre, elle a imprimé un ventricule avec des fibres et des cardiomyocytes alignés comme ils le feraient dans un vrai cœur.

Lorsqu’elle a appliqué un courant électrique « stimulateur cardiaque », le ventricule s’est contracté selon une onde coordonnée.

"C'était très excitant de voir la chambre pomper de la même manière que les vrais ventricules cardiaques", a déclaré Choi.

Elle a affiné la structure jusqu'à ce qu'elle puisse pomper un volume de liquide 5 à 20 fois supérieur à celui des tentatives précédentes de cœurs imprimés en 3D, et l'équipe souhaite la rendre plus épaisse et plus semblable à un cœur.

Le vrai cœur bat 100 000 fois par jour, exerçant à chaque fois à peu près la force nécessaire pour serrer une balle de tennis. En termes de poids, le cœur a les besoins énergétiques les plus importants de tous les organes humains et il dépend d'une gamme de sources d'énergie.

"Par rapport au cœur réel, notre modèle de ventricule est simplifié et miniaturisé", a déclaré Choi.

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