Il est indispensable de savoir à quels défis le cœur CARMAT doit répondre pour que cœur dispose des propriétés attendues.

Le cœur CARMAT est le fruit de plus de 20 ans de recherches et de 4 ans d’essais in-situ sur l’homme. Au cours de ces années de recherche, les scientifiques ont dû surmonter de nombreuses difficultés tellement le système à mettre en place est complexe.

Schématiquement, CARMAT doit relever 5 défis majeurs en dotant son cœur de propriétés ambitieuses :

1)    L’hémocompatibilité (ou biocompatibilité) pour limiter les risques de rejet et de thrombose (formation de caillots sanguins).
2)    La compatibilité anatomique (miniaturisation et forme adaptée à la cage thoracique humaine).
3)    L’autonomie du patient en termes de mobilité et l’autonomie de la pile.
4)    La fiabilité.
5)    L’autorégulation.

Tous les organes greffés ou appareils implantés dans le corps humain en contact avec le sang doivent être hémocompatibles. Une hémocompatibilité non optimale peut engendrer la destruction des hématies ou enclencher le processus de coagulation (thrombose) qui favorise l'apparition de caillots sanguins obstruant les vaisseaux et provoquant une embolie pulmonaire ou un AVC (Accident Vasculaire Cérébral).

Le cœur CARMAT répond à la propriété d’hémocompatibilité en :

-    Proposant une structure interne des ventricules qui favorise l’hémodynamique : Respect de l’écoulement du sang et prévention des stases.

-    Reproduisant par mimétisme la contraction ventriculaire et en contrôlant le vidage complet des ventricules à chaque cycle. En effet, le système CARMAT est prévu pour éviter les œdèmes pulmonaires en adaptant la pression de la « pompe » aux contraintes de la circulation pulmonaire, par exemple.

-    Utilisant des biomatériaux synthétiques et biologiques microporeux sur toutes les surfaces en contact avec le sang (membranes biologiques et hémocompatibles), et des valves biologiques limitant les risques de thrombose dans le temps.

Le thorax humain présente un volume réduit pour y loger le cœur. Les technologies actuelles contournent cette difficulté en réduisant le volume de sang injecté dans l’aorte et en augmentant en compensation la fréquence des battements cardiaques. Par ailleurs, le manque de place contraint d’externaliser la console de commandes à l’extérieur de la cage thoracique. Ceci a pour conséquence de réduire considérablement les mouvements et l’autonomie du patient.

Le cœur CARMAT répond à la propriété de compatibilité anatomique en :

-    Tirant profit des nouvelles technologies (électronique et informatique) et des capacités de miniaturisation, afin de créer un cœur aux dimensions optimales, en y intégrant les fonctions de battement, d’injection et de régulation automatique. C’est cette fonction de régulation qui permet au cœur d’adapter le débit d’injection aux besoins de l’organisme en cas d’effort par exemple.

-    Réalisant un travail sur la forme, le volume et le poids pour qu’il puissent s’adapter à la morphologie d’un maximum de patients.

-    Proposant un système de simulation systématique permettant de vérifier la capacité du cœur CARMAT à être implanté dans de bonnes conditions en fonction de l’anatomie des patients (65% des patients sont compatibles anatomiquement avec CARMAT dont 86% sont des hommes)

Simulation d'implantabilité

La compatibilité anatomique apporte une grande autonomie du patient en terme de mobilité. Cependant, qu’en est-il de l’autonomie énergétique de la pile ? Toute technologie embarquée (ici le cœur CARMAT est un véritable système embarqué par l’homme) et autonome est soumis à cette équation complexe : Consommation / Poids. Les batteries rechargeables actuelles ont une autonomie variant entre 4 et 6 heures. Cette faible autonomie limite la liberté de mouvements du patient et sa qualité de vie. Elle le contraint à supporter un poids supplémentaire ou l'oblige à rester à proximité immédiate d’un générateur ou d'un chargeur.

Le cœur CARMAT répond partiellement à la propriété d’autonomie en :

-    Apportant une qualité de vie normale et un confort dans les déplacements grâce à une mobilité accrue du patient, une faible consommation et un poids de 3kg au maximum pour le système complet (cœur, batterie, système de contrôle).

-   Cependant, ses piles ont une faible autonomie énergétique d'environ 5 heures. CARMAT innove dans ce domaine, grâce au partenariat signé avec la société Paxitech (issu du Commissariat à L’Energie Atomique), qui permettrait de mettre au point une pile à combustible de nouvelle génération, légère et renouvelable. Cette nouvelle technologie de piles serait une première application dans le domaine médical.

Le cœur artificiel doit être fiable, endurant, c’est-à-dire fonctionner correctement dans le temps. Il doit avoir d’une durée de vie minimale de 5 ans, soit 210 millions de battements. Par ailleurs, toute maintenance « in situ » doit être exclue comme pour la sonde Rosetta qui, une fois lancée, ne peut plus faire l’objet d’un changement de composant défectueux. Enfin, les essais cliniques sur des animaux ne sont pas pertinents compte-tenu des différences physiologiques importantes avec les humains : grosses artères différentes, position debout de l’homme, rapport poids/taille non pertinent pour calculer le débit cardiaque.

Le cœur CARMAT répond à la propriété de fiabilité en :

-    Utilisant des composants et des systèmes de modélisation issus de la recherche et de la coopération avec l’industrie aéronautique (notamment EADS).

-    Déployant une stratégie de tests en « poupée russe » comme le fait l’industrie aéronautique : Tester chaque composant séparément en simulant ses interactions avec les autres composants, puis intégrer progressivement les sous-systèmes jusqu’aux tests de fonctionnement intégral.

Le cœur humain s’adapte automatiquement (débit, fréquence,…) aux besoins physiologiques du corps humain : Position (couché, debout), activité (repos, mouvement), environnement (température, effort, …), pathologie. Le cœur naturel a donc la capacité de s’auto-réguler.
Les cœurs de première génération (type Jarvik) n’avaient pas cette possibilité, d’où des sensations d’essoufflement ou de palpitations dégradant d’autant la qualité de vie des patients qui en étaient équipés.

Le cœur CARMAT répond à la propriété d’autorégulation en :

-    Utilisant des technologies issues de la recherche aérospatiale, à des fins médicales. Ceci est rendu possible grâce à l’électronique et aux logiciels complexes embarqués qui imitent le fonctionnement du cœur naturel, régulent le débit de sang donc l’apport d’oxygène aux tissus tout en accélérant ou ralentissant les « battements » de la prothèse selon les besoins physiologiques. Ces besoins sont calculés à partir d’informations collectées par une multitude de capteurs. L'autorégulation est une propriété fondamentale dans l’autonomisation et la mobilité du patient. En effet, celui-ci peut mener une vie et une activité presque normales en toute autonomie dans se soucier du dosage du débit nécessaire à son activité. Le calculateur CARMAT s’en charge automatiquement et quasi-instantanément. Le cœur auto-régulé CARMAT se différencie de façon majeure par rapport aux cœurs artificiels existants.

-    Par ailleurs, la capacité d’autorégulation et la sophistication des algorithmes est telle que le cœur CARMAT répond, comme le cœur humain, même à des situations pathologiques.