Un coup sur la poitrine peut tuer certaines personnes, mais en réanimer d’autres, sans que l’on comprenne pourquoi. Des chercheurs de l’EPFL et de l’Université de Berne ont développé un outil permettant de reproduire ce phénomène en laboratoire.
Recevoir un choc violent en pleine poitrine peut avoir un impact largement différent selon la situation. Des joueurs de base-ball sont par exemple décédés en recevant une balle au niveau du coeur, tandis qu’un coup au même endroit et au bon moment a sauvé la vie de personnes lors d’une crise de tachycardie fatale. Si on sait que de tels chocs provoquent un étirement rapide du tissu cardiaque, on ne comprend pas encore leur effet sur le fonctionnement du coeur. Des chercheurs du Laboratoire des Microsystèmes Souples de l’EPFL et du Département de Physiologie de l’Université de Berne ( Groupe Rohr ) ont développé une plateforme expérimentale permettant de soumettre des cellules cardiaques à différentes pressions, et observer la réponse électrophysiologique. Leurs résultats sont publiés dans Nature Communications.
Le battement normal du coeur est le résultat d’un processus de couplage électromécanique. Des impulsions électriques traversent le coeur, « ordonnant » au muscle de se contracter. Avec chaque contraction, le sang est ensuite éjecté du coeur, assurant une circulation stable. « Ce couplage est primordial, puisque c’est cela qui assure que le coeur batte à un rythme normal », explique Matthias Imboden, post-doctorant à l’EPFL puis au Département de physiologie durant cette étude.
Jusque-là, la communauté scientifique suggérait que les effets mortels, ou au contraire, salvateurs, résultant d’un choc dans la poitrine, étaient le résultat de l’allongement des cellules cardiaques, ce qui perturbait la conduction des signaux électriques, et donc les battements du coeur. Toutefois, aucun outil ne permettait de le vérifier. « Il existe des méthodes pour reproduire un allongement des cellules, mais trop lentement, et donc de manière trop éloignée des conditions réelles », précise le prof. Stephan Rohr, également auteur de cette étude et professeur à l’Université de Berne.
Reproduire un impact en laboratoire
Pour comprendre ce phénomène, les scientifiques ont collaboré pour développer un outil expérimental permettant de reproduire des chocs en laboratoire, cette-fois-ci avec des conditions beaucoup plus proche de la réalité. La plate-forme est constituée d’une membrane de silicone, sur laquelle sont déposées de très fines électrodes extensibles d’or et de carbone. « Les premières servent à mesurer les réponses des cellules, les secondes à provoquer la déformation du tissu cardiaque », souligne Herbert Shea, à la tête du Laboratoire des Microsystèmes souples et professeur à la Faculté des Sciences et Techniques de l’Ingénieur. Des cellules cardiaques modifiées de rat, qui peuvent être soumises à différentes pressions, sont placées au-dessus.
Un étirement beaucoup plus rapide
Le tissu cardiaque peut ainsi être étiré d’un ordre de 10 à 12%, ce qui correspond à l’étirement naturel des cellules cardiaques lorsque que le coeur bat normalement. Par contre, cet étirement peut se faire jusqu’à 100 fois plus rapidement, comme cela se produit lors d’un impact. Cet outil, qui fonctionne sans moteur, est donc est le seul à proposer un modèle proche d’un coeur humain pour ce genre d’étude, tout en permettant de mesurer les effets d’un choc sur l’électrophysiologie du tissu cardiaque.
Des résultats qui offrent de nouvelles perspectives
Les chercheurs ont pu démontrer que contrairement aux résultats obtenus jusque-là, la propagation des signaux électriques n’est pas affectée lors de l’étirement des cellules, même s’il est très rapide. « Ce ne serait donc pas les cellules cardiaques qui seraient sensibles à cette pression, mais les cellules de tissus conjonctifs adjacents », souligne Stephan Rohr. « Il faut donc explorer d’autres pistes pour comprendre ce qui se passe exactement lors d’un choc ». Cet outil ouvre également la porte à de futures études, comme pour des médicaments spécifiques ou des thérapies géniques ayant un effet bénéfique sur le couplage électromécanique.
EPFL - Prof. Herbert Shea
021 693 6663
Université de Berne - Prof. Stephan Rohr
031 631 8746
