IV. Le cœur Carmat, un espoir pour 2012
CARMAT est le projet de cœur artificiel le plus performant au monde, la seule réponse crédible qui remplacera de façon définitive le cœur de patients atteint d’insuffisance cardiaque avancée en phase terminale. Biologique et autorégulée, la machine mise au point par le professeur Alain Carpentier sera transplantée d'ici début 2012 sur un patient au pronostic vital engagé. Une première mondiale.
A) Le projet et les défis de l’équipe Carmat
→ Date clé : 1988 - Premier dépôt de brevet sur le cœur artificiel par le Professeur CARPENTIER, parallèlement aux travaux conceptuels menés avec le CETIM (Centre Technique des Industries Mécaniques).
1. L'équipe Carmat
En 1993, le Professeur Alain CARPENTIER a demandé aux ingénieurs spécialisés dans l’aéronautique et le spatial du Groupe MATRA de développer avec lui, une solution physiologique, efficace et durable pour sauver des milliers de patients condamnés à très court terme par le manque de greffons cardiaques disponibles ou par une contre-indication à la transplantation.
=> Le Professeur CARPENTIER est un chirurgien cardiaque mondialement reconnue dans les domaines des valves bioprothétiques, du traitement des tissus biologiques, de la physiologie et des procédures chirurgicales. Il devait trouver un partenaire industriel disposant des compétences et moyens nécessaires en matière de conception et d’intégration de systèmes embarqués en milieu compliqué (miniaturisation et fiabilité extrême).
→ Date clé : 1993 - Alliance avec Jean-Luc LAGARDERE, président de MATRA, pour la création d’un concept de cœur artificiel complet incluant les ventricules, les actionneurs et une électronique de commande totalement embarquée au sein d’un dispositif unique. Travaux conceptuels de simulation, et de modélisation, mise au point des premiers bancs d’essai.
Son projet de cœur artificiel a connu un tournant quand il a rencontré, au début des années 90, Jean-Luc Lagardère, alors Président de Matra. Aujourd’hui filiale d’EADS, Matra disposait déjà de toutes les compétences indispensables :
- conception de systèmes complexes
- maîtrise de polymères particuliers
- technologies embarquées
- micro-électronique
- bancs d’essais
- intégration de multiples composants dans des ensembles aussi complexes que les satellites
L'équipe Management Carmat :
2. Le projet et ses défis
Le coeur Carmat implanté : Photo du prototype
L’objectif est de répondre à un besoin de santé publique mondiale : le traitement de l’insuffisance cardiaque avancée, qui est l’aboutissement de nombreuses maladies cardio-vasculaires, comme les maladies coronariennes ou l’hypertension artérielle. (voir § II)
Face aux malades souffrant d’insuffisance cardiaque avancée en phase terminale, les cardiologues et les chirurgiens cardiaques ne disposent que d’un traitement possible : la transplantation cardiaque. Malheureusement, celle-ci est loin de pouvoir répondre à tous les besoins, le nombre de greffons étant très insuffisant et l’opération présentant de nombreuses contre-indications.
En effet, plus de 100 millions de patients sont concernés par cette maladie dans les pays développés à ce jour. Grâce à la poursuite du développement de son cœur artificiel total, CARMAT a pour ambition de pallier le manque de greffons dont sont victimes des dizaines de milliers de personnes souffrant d’insuffisance cardiaque.
Film CARMAT corporate : Le coeur artificiel
Les défis pour CARMAT étaient nombreux :
- Concevoir une prothèse minimisant les risques de thromboses (formation de caillots), le problème majeur auquel s’étaient heurtés tous les projets précédents.
- Obtenir dans un volume et un poids compatible avec la majorité des patients un volume d’éjection suffisant, tout en « embarquant » toute l’électronique de contrôle dans la prothèse.
- Offrir au patient une autonomie telle qu’il puisse avoir un rythme de vie normal.
- Optimiser la fiabilité et la durée de vie de la prothèse, conditions essentielles d’un dispositif implanté et vital.
- Développer les algorithmes permettant de rendre autonome le fonctionnement de la prothèse et de mimer au plus près le fonctionnement du cœur naturel.
La mission de chaque membre de l’équipe CARMAT aujourd'hui est de contribuer au développement d’organes artificiels évolués, aujourd’hui le cœur artificiel, demain d’autres organes vitaux, permettant de traiter les millions de patients atteints de maladies avancées de ces organes pour leur redonner une vie normale.
B) Son fonctionnement physiologique efficace et durable
Le coeur artificiel total, reproduit au plus proche la forme et toutes les fonctions essentielles du coeur humain. CARMAT développe ce cœur artificiel orthotopique et biocompatible totalement implantable, ainsi que son système d’alimentation en énergie électrique et son système de télédiagnostic.
→ Dates clés : 1995-2004 - Premières implantations animales réussies sur le veau. Création d’une équipe dédiée de 12 personnes aux expertises complémentaires : conception du système, matériaux biocompatibles, polymères particuliers, technologies embarquées, et collaboration étroite avec l’équipe médicale dirigée par le Professeur CARPENTIER, au sein du laboratoire d’étude des greffes et prothèses cardiaques de l’Université Paris VI et à l’Hôpital Européen Georges POMPIDOU. Dépôt de plusieurs brevets : Architecture, Membrane, « Locking interface device », Pompe, Régulation physiologique… Avancée du projet, conformément aux contraintes techniques de poids, de volume et de compatibilité avec l’être humain : développement d’un prototype de 1900g, puis de 1200g, totalement optimisé. Cette étape cruciale marque 15 années de recherches et déjà 15 millions d’euros investis… La prothèse est désormais réalisable d’un point de vue technique.
| Exigences cliniques | Solutions |
| Forme, volume et poids d’un cœur humain |
Forme anatomique, poids de 900 g, volume de 0,75 l, implantation potentiellement compatible avec au moins 65% des patients (86% des hommes)
|
| Adaptation aux besoins physiologiques du patient (activité, repos, effort, …) | Capteurs de pression et de position, électronique de contrôle totalement embarquée pour une régulation automatique en débit et en fréquence |
| Hémocompatibilité, biostabilité, absence de thrombogénicité | Choix de matériaux ayant démontré leur biocompatibilité pour toutes les surfaces en contact avec le sang |
| Efficacité et durabilité équivalentes à celles d’une transplantation | Tests fonctionnels et d’endurance drastiques |
→ Date clé : 2008 – Mise au point d’un prototype de 900g, totalement optimisé. Cette étape cruciale marque 15 années de recherches et déjà 15 millions d’euros investis. La prothèse est désormais réalisable d’un point de vue technique.
→ Date clé : 2009 - Attribution d’une subvention de 1,5 millions d'euros par le Conseil Général des Yvelines pour la création d’une salle blanche (environnement de production contrôlé). Accord de la Commission Européenne pour l’octroi par Oseo de 33 millions d'euros au projet CARMAT.
→ Date clé : 2010 - Introduction en bourse (Alternext Paris - NYSE-Euronext - ALCAR). Accord avec Edwards Lifesciences pour la fourniture des valves. Assemblage industriel des premières prothèses.
Le produit Carmat se compose :
- d’une prothèse implantable : le cœur implantable et ses composants de raccordement à l’alimentation électrique.
- de systèmes externes : un système d’alimentation, de suivi et de contrôle à l’hôpital pour la période post-opératoire et les consultations ultérieures ; un système d’alimentation et de communication portable ou porté pour le retour à domicile du patient.
Comment fonctionne le coeur artificiel ?
Ce schéma explicatif réalisé par l'équipe Carmat nous illustre bien comment le coeur artificiel reproduit les fonctions du coeur humain.
En effet, la prothèse comprend 2 cavités ventriculaires droite et gauche, chacune étant séparée par une biomembrane souple en 2 volumes, un pour le sang, un pour le liquide d’actionnement (ou fluide hydraulique). Un sac externe souple contient le liquide d’actionnement et bat au rythme cardiaque (1). Par actionnement hydraulique via deux groupes motopompes miniatures, le liquide d’actionnement déplace cette biomembrane en reproduisant le mouvement de la paroi ventriculaire du cœur humain lors de la contraction (2). Ce mouvement provoque l’admission et l’éjection du sang dans des conditions optimales : mouvement habituel, contact seulement avec des matériaux biologiquement compatibles.
L’agencement interne du cœur CARMAT a fait l’objet d’une optimisation continue pour minimiser l’espace occupé par les composants et maximiser le volume ventriculaire. On peut ainsi obtenir en toutes circonstances le débit sanguin nécessaire sans augmenter artificiellement la fréquence de fonctionnement.
Un dispositif électronique intégré régule le fonctionnement de la prothèse en fonction des besoins des patients : Différents capteurs placés au centre de l'appareil et basés sur la technologie des systèmes microélectroniques (MEMS) assurent la régulation des flux en fonction des besoins physiologiques du receveur (en fonction de l'effort). Une prise placée derrière l'oreille du patient permet de relier l'appareil à la batterie par un câble d'alimentation.
Le coeur artificiel et le boîtier de télédiagnostic (présent au niveau du bas ventre de l'individu sur la photo ci dessus) recueillent les données cardiaques du receveur et sont alimentés par une batterie portée par le patient via un câble pénétrant dans le corps par un mini-trou percé dans le crâne.
Caractéristiques :
- Autonomie de la batterie : La première génération de batteries Lithium-Ion, pile de 40 watts offrant 4 à 5 heures d'autonomie pour un poids de 6kg, permettra le retour à domicile dans de bonnes conditions, avec un système portable, sur chariot ou à l’épaule. Elle sera rapidement remplacée par une seconde génération portée directement par le patient, grâce à des piles à combustible, actuellement en développement, qui permettront de disposer d’une autonomie supérieure à 12 heures dans moins de 3 kg.
- Fiabilité : Pour battre 45 millions de fois par an, sans circuit de secours ni maintenance, il faut des matériaux et des pièces mobiles particulièrement résistants. Grâce à des solutions empruntées à l'aéronautique, au spatial et à la médecine, les tests d'usure font espérer une durée de vie de cinq à dix ans.
- Compatibilité : Biocompatibles ou hémocompatibles, les matériaux (comme le péricarde de bovin qui couvre la face intérieure de la membrane ci-dessous, assurant le contact avec le sang, ou le PEEK de l'armature, compatible avec les tissus) permettent d'éliminer les traitements antirejet et de limiter les anticoagulants.
Membrane recouverte d'un péricarde de bovin
- Miniaturisation : Avec un volume de 0,75 litre pour 900 g (seulement 600g de plus qu'un vrai coeur), il assure un débit sanguin normal. Un bijou de miniaturisation qui repose notamment sur l'usage de systèmes électromécaniques micrométriques (ci-contre).
→ Date clé : 2011 – Poursuite des tests précliniques. Appel réussi au marché pour le financement des essais et des systèmes externes. Avis favorable du Comité de Portection des Personnes.
→ Date clé : 2012 - First in man. Poursuite des essais cliniques en France et en Europe. Retour à domicile des premiers patients. Développement de la deuxième génération du système externe.*
→ Date clé : 2013 – Obtention du marquage CE. Industrialisation et commercialisation du cœur CARMAT à une tarification inférieure ou égale à celle pratiquée pour une transplantation.*
* Plan de marche
La partie implantable et les parties externes sont tout aussi importantes : Les performances internes du cœur CARMAT sont bien entendu critiques. Ce sont elles qui assureront la survie du patient, l’irrigation de ses organes et l’absence de complications, qui seront déterminantes pour l’adoption de ce coeur par la communauté scientifique. Le système externe quant à lui déterminera l’adoption par le patient et par les systèmes de santé en permettant la sortie de l’hôpital :
- Les coûts directs et indirects pour les systèmes de santé sont considérablement réduits grâce à la possibilité du retour au domicile du patient en toute sécurité.
- La mobilité, l’autonomie et l’adaptation automatique à son rythme de vie sont les exigences légitimes du patient, garantes d’une bonne qualité de vie.
CARMAT est le projet de cœur artificiel le plus performant au monde :
· La seule réponse crédible à tous les cas d’insuffisance cardiaque avancée en phase terminale : CARMAT propose de répondre, à terme, à un enjeu de santé publique majeur lié aux maladies cardiovasculaires, première cause de mortalité dans le monde : l’insuffisance cardiaque avancée. Grâce à la poursuite du développement de son cœur artificiel total, CARMAT a pour ambition de pallier le manque notoire de greffons dont sont victimes des dizaines de milliers de personnes souffrant d’insuffisance cardiaque.
· Le fruit du rapprochement de deux expertises uniques au monde : l’expertise médicale du Professeur Carpentier, mondialement reconnu et l’expertise technologique d’EADS, leader mondial de l’aéronautique.
· Le mimétisme du cœur naturel : par sa taille, son poids, le choix des matériaux de structure et ses fonctions physiologiques inédites, le cœur artificiel total CARMAT pourrait, sous réserve de la réussite des essais cliniques à effectuer, sauver chaque année la vie de dizaines de milliers de patients tout en leur assurant une absence de risque de rejet et une qualité de vie sans équivalent.
· Un projet leader reconnu au niveau européen : en accord avec la Commission Européenne, CARMAT bénéficie de l’aide la plus importante jamais accordée par OSEO à une PME, soit un montant de 33 millions d’euros.
· Des fondateurs et des actionnaires prestigieux fortement impliqués : Truffle Capital, un leader européen du capital-investissement, EADS, la Fondation Alain Carpentier et les milliers d’actionnaires, institutionnels et particuliers, qui ont fait confiance à CARMAT.