EP4561648A1

EP4561648A1 - Membrane d'assistance musculaire

Info

Publication number: EP4561648A1
Application number: EP23742100.3A
Authority: EP
Inventors: Jean-Philippe JEHL; Gérome GAUCHARD; Franck CLEYMAND; Mélanie Maria LEROUX; Aurelia POERIO
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Institut National Polytechnique de Lorraine
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Institut National Polytechnique de Lorraine
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2023-07-18
Publication date: 2025-06-04
Also published as: WO2024022890A1; FR3138298A1; US20260048176A1

Abstract

L'invention propose une membrane musculaire destinée à être apposée sur un muscle d'un corps humain ou animal, ladite membrane étant apte à envelopper au moins partiellement le muscle, le muscle comprenant des fibres recouvertes d'un tissu externe, la membrane mise en position présentant une géométrie identique à celle muscle. Cette membrane est caractérisée en ce qu'elle a un comportement anisotrope de façon à reproduire le comportement mécanique du muscle, la membrane comportant : - une matrice conçue dans un matériau biocompatible ayant une élasticité similaire à celle du tissu externe du muscle, - une ou plusieurs bandes de renforcement solidarisées à la matrice, chaque bande étant conçue dans un matériau biocompatible ayant une élasticité similaire à celle des fibres qu'elle recouvre et chaque bande étant orientée selon des besoins de rigidification de la membrane et selon la correction musculaire attendue.

Description

Membrane d’Assistance Musculaire

Domaine technique de l'invention

L'invention concerne une membrane destinée à être apposée sur un muscle d’un corps humain ou animal, la membrane étant apte à envelopper au moins partiellement le muscle.

L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une telle membrane, par impression 3D.

L’invention concerne également une prothèse d’un muscle, du type prothèse cardiaque ou prothèse musculaire, formée par une telle membrane.

L’invention concerne aussi une orthèse, de type orthèse plantaire ou orthèse d’avant-bras, formée par une telle membrane.

Et enfin, l’invention concerne l’utilisation d’une telle membrane sur un muscle d’un corps humain ou animal.

Aussi, le domaine technique de cette innovation concerne le secteur de la santé, et plus particulièrement des bioprothèses et bioorthèses.

Arrière-plan technique

Qu’il s’agisse du cœur ou d’un muscle squelettique, lorsqu’un muscle est atrophié ou abîmé, le mouvement pour lequel il est destiné sera empêché ou compensé par adaptation biologique (ex : fibrose, extension du muscle) ou physiologique (ex : compensation du mouvement par le corps ou par les muscles voisins).

Cas du muscle cardiaque

L’infarctus du myocarde est causé principalement par une obstruction des artères coronaires qui alimentent le muscle cardiaque en oxygène, causant un manque d’oxygène (ischémie) dans certaines régions du muscle cardiaque. L’ischémie au muscle cardiaque ne provoque pas irrévocablement un infarctus, mais peut conduire de l’insuffisance cardiaque légère au choc cardiogénique. Il en résulte une altération des capacités de contraction et de relaxation du muscle cardiaque (hypokinésie ou akinésie) dans certaines régions du cœur.

L’infarctus du myocarde sera diagnostiqué quand l’évaluation indiquera qu’il y a nécrose de certaines régions du muscle cardiaque suite à une ischémie. L’infarctus concerne le plus souvent le ventricule gauche, mais le ventricule droit peut aussi être touché.

L’infarctus du myocarde conduit à une modification biologique et physiologique du cœur (remodelage). Ainsi, on observe des modifications des dimensions, de l’épaisseur et de la géométrie du ventricule gauche. Le risque de mortalité à long terme est associé à l’ampleur de ce remodelage. L’infarctus peut aussi être source de complications mécaniques et entraîner une insuffisance cardiaque, et des troubles du rythme cardiaque qui font courir un risque de mort subite. Même soigné, la survenue d’un infarctus du myocarde augmente le risque de mortalité de 15% des patients. Le soin des patients passe souvent par des traitements lourds, un suivi médical régulier et un changement de mode de vie, la chirurgie ou l’appareillage d’un défibrillateur cardiaque implantable ou un pacemaker.

Les matériaux biomédicaux destinés à une application épicardique ont été étudiés de manière intensive ces dernières années à des fins thérapeutiques diverses.

La plupart des biomatériaux destinés aux applications épicardiques sont fabriqués sous forme de membranes ou de patchs.

Il s’agit par exemple de fines membranes contenant diverses propriétés biologiques et appliquées directement sur la région épicardique cible.

Il s’agit aussi de patchs hémostatiques, créant une interface pour empêcher une adhésion tissulaire sévère après une chirurgie cardiaque.

Ou encore des patchs cardiaques délivrant une thérapie cellulaire après un infarctus du myocarde.

Cependant, la recherche dans ce domaine s'est principalement concentrée sur le comportement biologique ou thérapeutique de ces biomatériaux, ignorant largement l'analyse de leur interaction mécanique avec le cœur.

En effet, la géométrie et le comportement isotrope des membranes et des patchs ne sont pas bien adaptés au mouvement de la paroi myocardique. Le mouvement de la paroi myocardique pendant la systole et la diastole produit une force complexe dans différentes directions.

Une fois que le matériau biomédical adhère à l'épicarde, il subit la même déformation cyclique et la même contrainte causées par les battements du cœur que l'épicarde. La structure des fibres musculaires diffère également d'une zone à l'autre, exerçant ainsi une force mécanique dans différentes directions pendant le cycle cardiaque.

La plupart des biomatériaux épicardiques sont fabriqués sous la forme de membranes ou patchs isotropes qui ne peuvent pas s'adapter à la structure spécifique des fibres musculaires du cœur, appliquant ainsi potentiellement une force inappropriée sur l'épicarde, ce qui pourrait éventuellement provoquer un effet de restriction.

Les membranes et patchs actuels peuvent ainsi avoir une influence mécanique sur le cœur, ce qui n’est pas forcément désirable puisque cela va à l’encontre du mouvement naturel de l’organe.

Cas du muscle squelettique

Dans le cas des muscles squelettiques, leur fonction étant la mobilité principalement des membres, plusieurs types de lésions peuvent être observés (étirement, claquage, déchirement, atrophie, …). Dans le cas de personnes handicapées c’est une lésion grave du système nerveux et/ou du muscle par exemple qui conduit l’individu dans une diminution drastique du mouvement du membre, jusqu’à l’immobilisme, cet immobilisme conduisant à terme à une fonte du muscle et une atrophie musculaire. La perte ou la diminution de mobilité d’un membre ne se compense pas ou difficilement.

Il existe des orthèses qui viennent corriger le mouvement quand le muscle n’en est plus capable. La construction de l’orthèse peut être adaptée au besoin l’individu (par exemple : plus de rigidité, moins de torsion, plus de traction, …) pour compenser la mobilité réduite, faciliter le mouvement et/ou de diminuer la douleur liée à son handicap.

Cependant, les orthèses actuelles sont conçues dans un unique matériau, avec un comportement isotrope. L’orthèse ne s’adapte pas aux différentes régions qu’elle entoure, aux différentes orientations fibreuses qui diffèrent d’un point à l’autre de l’organe. Une orthèse textile en fibre synthétique rigidifie le mouvement uniquement dans la direction d’extension du tissu, qui ne correspond pas forcément aux directions de toutes les fibres musculaires entourées par l’orthèse.

L’objectif de la présente invention est de concevoir une membrane musculaire à partir de matériaux compatibles d’origine naturels ou synthétiques, et qui auront pour finalité de diminuer la compensation et/ou réparer les muscles lésés, qu’il s’agisse du muscle cardiaque ou des muscles squelettiques. Cette membrane doit être capable de suivre le mouvement complexe du muscle sans influencer mécaniquement le mouvement recherché et corriger les mouvements délétères. Il devra donc pouvoir se déformer à l’image de la déformation attendue du muscle en action.

Ce but est atteint grâce à une membrane musculaire destinée à être apposée sur un muscle d’un corps humain ou animal, ladite membrane étant apte à envelopper au moins partiellement le muscle, le muscle comprenant des fibres recouvertes d’un tissu externe, la membrane mise en position présentant une géométrie identique à celle du muscle.

Cette membrane se caractérise en ce qu’elle a un comportement anisotrope de façon à reproduire le comportement mécanique du muscle, la membrane comportant :

- une matrice conçue dans un matériau biocompatible ayant une élasticité similaire à celle du tissu externe du muscle,

- une ou plusieurs bandes de renforcement associée(s) à la matrice, chaque bande étant conçue dans un matériau biocompatible ayant une élasticité similaire à celle des fibres qu’elle recouvre, et chaque bande étant orientée selon des besoins de rigidification de la membrane.

L’idée principale de cette invention consiste à concevoir une membrane en biomatériau qui tienne compte non seulement de la géométrie mais également des propriétés mécaniques du muscle, à savoir du tissu externe musculaire et des fibres musculaires.

En effet, cette membrane est conçue pour être placée autour d’un muscle, en l’enveloppant de manière très précise, avec une géométrie exacte.

Cette membrane est conçue pour se déformer avec le muscle en exerçant une force mécanique adaptée sur lui. Elle forme une sorte de double peau, qui suit et corrige le mouvement naturel du muscle.

Cette membrane est directement apposée sur le tissu externe du muscle, et elle doit donc suivre et corriger principalement le mouvement de ce tissu externe. Il s’agit d’un tissu cellulaire. Dans le cas du muscle squelettique, ce tissu externe est la peau. Dans le cas du muscle cardiaque, ce tissu externe est l’épicarde.

Plus précisément, la matrice de la membrane est en contact direct avec le tissu externe. La matrice doit donc reproduire les propriétés mécaniques de ce tissu externe.

Par propriété mécanique, on entend élasticité des tissus et des fibres.

Le premier matériau biocompatible formant la matrice présente une élasticité correspondant à celle du tissu externe.

La matrice est conçue dans un premier matériau biocompatible présentant une première élasticité similaire à l’élasticité du tissu externe, cela confère à la membrane un comportement mécanique initial isotrope.

Celui-ci pourra être modifié par l’association de bandes de renforcement d’élasticités différentes ou d’élasticité identique mais augmentant localement la géométrie de la membrane. Ces renforts modifient le comportement isotrope de la membrane en un comportement anisotrope et plus particulièrement isotrope transverse ou orthotrope.

Il est avantageux de ne pas se cantonner au tissu externe, mais également de prendre en compte les orientations des fibres situées juste derrière le tissu externe, car elles contribuent fortement au mouvement de l’organe en action.

L’élasticité du muscle varie d’une zone à l’autre en fonction des orientations fibreuses.

Les fibres présentant une même orientation auront une même élasticité.

Il est donc essentiel d’analyser l'orientation et l'élasticité des fibres localement, afin de pouvoir concevoir précisément les propriétés mécaniques de la membrane zone par zone.

Après analyse précise des fibres musculaires, on y définit plusieurs types de zones :

des zones qui doivent être renforcées, ou cerclées, selon la pathologie ou selon les soins qu’on désire apporter via la membrane.
des zones où la direction d’extension des fibres est similaire à la direction d’extension principale du tissu externe : cela signifie notamment que les élasticités sont similaires.
des zones où la direction d’extension des fibres est différente de la direction d’extension principale du tissu externe : elle sera appelée direction d’extension secondaire. Cela signifie que les élasticités sont différentes.

La membrane doit s’adapter à ces toutes zones grâce aux bandes de renforcement associées à la matrice et qui servent à renforcer et orienter la membrane au mieux, en s’adaptant au maximum au muscle.

L’orientation de la membrane s’effectue selon les besoins de rigidification de la membrane, qui dépendent de la correction musculaire qu’on souhaite aussi apporter au muscle.

Selon une configuration possible, la matrice est créée dans un premier temps et les bandes de renforcement sont rajoutée à la matrice dans un deuxième temps. Elles sont alors fixées sur la matrice, par des moyens de fixation. Dans ce cas, il y a une superposition de deux couches : à savoir la couche de la matrice, et la couche de la bande.

Les moyens de fixation peuvent être du type surmoulage, clips, collage, etc.

Lorsque les bandes sont superposées à la matrice, on obtient deux couches superposées formant une zone de renfort, c’est-à-dire une zone où la matrice est rigidifiée.

Grâce à ces bandes de renforcement, on peut faire varier l’épaisseur de la membrane. La membrane sera fine sur des zones que l’on ne souhaite pas impacter, et sera plus épaisse sur des zones à impacter, par exemple lorsqu’il s’agit d’une zone déficiente du muscle.

Selon une autre configuration possible, la matrice et les bandes de renforcement sont créées en même temps, lors de la fabrication de la membrane. Le matériau des bandes peut être intégré dans le matériau de la matrice lors de la fabrication pour en quelque sorte « combler des trous » et venir apporter une caractéristique mécanique différente de manière plus localisée dans la membrane.

Comme précisé précédemment, chaque bande est conçue dans un matériau ayant une élasticité spécifique. Ainsi plusieurs bandes avec plusieurs matériaux sont associées à la matrice, de manière à obtenir une membrane qui corrige au mieux le comportement mécanique du muscle et ou de l’organe.

Selon l’invention, certaines bandes sont conçues dans un matériau identique au matériau de la matrice, et certaines bandes sont conçues dans un autre matériau. Tout dépend de l’élasticité que l’on souhaite donner à la bande.

Le comportement anisotrope de la membrane peut s’obtenir avec le même matériau pour la matrice et les bandes de renforcement, ou avec des matériaux différents pour la matrice et les bandes. De manière générale, la présence de bandes de renforcement modifie le comportement mécanique de la membrane, et la rend anisotrope, c’est-à-dire avec les propriétés qui varient selon les directions et les zones.

Les matériaux biocompatibles sont d’origine naturelle ou synthétique.

Ils sont choisis parmi, entre autres, le latex, les fibres synthétiques, les gommes naturelles du type chitosane, tamarin, alginate, gélatine, guar, xanthane, ou des mélanges de ces gommes, ou encore un polymère du type polyacrylamide.

Les gommes naturelles ont la particularité d’être non-toxique et de présenter différentes propriétés de viscosité en fonction de leur nature et ainsi avoir une rigidité différente après séchage.

Ces matériaux sont choisis en tenant compte de de la spécificité structurelle du tissu musculaire et de l'orientation des fibres.

De préférence, la membrane est conçue par un mélange de chitosane et de guar, ou un mélange de chitosane et de tamarin.

De préférence, chaque bande de renforcement peut être adaptée aux besoins, en choisissant le matériau, la tension, et l’orientation.

Chaque bande présente ainsi une tension spécifique au sein de la membrane.

Par tension, on entend la tension appliquée entre les deux extrémités de la bande, fixées ou intégrées à la matrice.

Par orientation on entend orientation de la bande sur la matrice en corrélation avec son positionnement sur le muscle.

On choisit les matériaux des bandes en fonction de l’anisotropie désirée de la membrane, on oriente les bandes en fonction de l’orientation des fibres qu’elles recouvrent, et on apporte une tension des bandes en fonction du comportement mécanique qu’on souhaite donner à cette zone. La combinaison des trois paramètres favorise l’obtention d’une membrane qui corrige le mouvement du muscle qu’elle enveloppe.

De façon avantageuse, la membrane est obtenue par moulage.

De façon avantageuse, la membrane est obtenue par tissage d’une ou plusieurs fibres textiles.

De façon avantageuse, la membrane est obtenue par impression 3D. La membrane musculaire est alors réalisée à l’aide de technologie de pointe.

De façon avantageuse, la membrane présente une surface interne apte à venir au contact du muscle, ladite surface interne pouvant être fonctionnalisée.

Cette fonctionnalisation est réalisée à l’aide de systèmes de délivrance contrôlée contenant ou non des principes actifs et/ou des biomolécules.

Par exemple, une telle fonctionnalisation biologique peut être réalisée par l’intégration de cellules, de facteurs de croissance, de nutriments, et/ou d’agents thérapeutiques.

L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une membrane destinée à une utilisation sur un muscle d’un corps humain ou animal, comprenant les étapes suivantes :

- scanographie du muscle à envelopper pour définir sa géométrie extérieure, et l’orientation de ses fibres ;

- modélisation de la géométrie, de l’élasticité et des directions d’extension de la membrane devant envelopper au moins partiellement le muscle ;

- formation d’un support reprenant la forme du muscle ;

- formation de la membrane à partir d’au moins un matériau biocompatible pour former la matrice et les bandes de renforcement.

Grâce à cette technique de scanographie, il est possible de personnaliser la membrane de façon à ce qu’elle épouse la géométrie exacte du muscle du patient.

La formation de la membrane peut être réalisée par toute technique conventionnelle, par exemple par moulage, ou encore par impression 3D avec injection du(des) matériaux biocompatible(s).

Dans le cas du moulage, un support sous forme de moule est d’abord formé, et reprend la forme exacte du muscle. Puis dans un second temps, le matériau biocompatible est coulé dans le moule, et la membrane est ainsi formée, en épousant la forme du moule.

Dans le cas de l’impression 3D, un support reprenant la forme exacte du muscle est imprimé en même temps que la membrane, strate par strate, la membrane 1 recouvrant le support. Le matériau employé pour le support n’est pas le même que celui employé pour la membrane.

Ainsi les étapes de formation du support (2) et de la membrane (1) sont réalisées par d’impression 3D, la membrane (1) étant imprimée simultanément au support (2).

L’invention se rapporte à une prothèse d’un muscle, du type prothèse cardiaque ou prothèse musculaire, formée par une membrane telle que décrite ci-dessus.

Dans ce cas, la membrane est déployée par exemple par opération mini invasive.

La matrice de la membrane aura un comportement élastique au plus proche du tissu extracellulaire du cœur pour la prothèse cardiaque.

Une telle prothèse cardiaque d’assistance musculaire reproduit la forme et l’orientation des fibres du cœur ayant des fonctions mécaniques spécifiques (élasticité). Elle permet de réduire les déformations du ventricule (notamment le grossissement) suite à l’infarctus, et/ou de servir d’interface à l’usage d’un exosquelette mécanique ou de réparer des zones lésées grâce à la fonctionnalisation de la membrane.

L’invention se rapporte également à une orthèse d’un muscle, du type orthèse plantaire ou orthèse d’avant-bras, formée par une membrane telle que décrite ci-dessus.

La matrice de la membrane aura un comportement élastique au plus proche de la peau pour l’orthèse. Grâce à ses propriétés mécaniques, la membrane corrige le mouvement quand le muscle n’en est plus capable.

Enfin, l’invention concerne une utilisation d’une membrane, telle que décrite ci-dessus, sur un muscle, ladite membrane enveloppant au moins partiellement le muscle.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :

La est un exemple d’orthèse d’avant-bras.

La est un autre exemple d’orthèse d’avant-bras.

La montre l’orthèse selon les figures 1 et 2 en place sur un avant-bras.

La est une vue en perspective d’un moule d’un organe (en l’espèce le cœur) sur lequel est imprimé une membrane ;

La est une vue en perspective d’une membrane (en l’espèce une membrane cardiaque) destinée à être mise en position sur un organe (en l’espèce le cœur);

Les figures 6A, 6B, 6C illustrent les directions fibreuses d’un organe (en l’espèce d’un cœur) ;

Les figures 7A, 7B, 7C, 7D, 7E représentent diverses étapes de la création d’une membrane cardiaque.

Description détaillée de l'invention

Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par des mêmes références.

L’invention concerne une membrane en matériau biocompatible, apte à envelopper au moins partiellement un muscle d’un corps humain ou animal, afin d’apporter une correction fonctionnelle temporaire et/ou permanente.

Dans cette description détaillée, plusieurs exemples de membrane seront présentés.

Les figures 1 à 3 correspondent à des exemples d’une membrane d’avant-bras servant d’orthèse.

En , l’orthèse comporte une matrice 7 réalisée en Latex et des bandes 8 de renforcement en tissu synthétique intégrées à la matrice 7 en cours de fabrication. D’autres matériaux rentrent dans le cadre de la présente invention.

En , l’orthèse comporte une matrice 7 réalisée en Latex et des bandes 8 de renforcement en Latex superposées par après à la matrice 7. Ces bandes 8 se fixent sur la matrice 7, ici à l’aide de clip. D’autres matériaux et moyens de fixation rentrent dans le cadre de la présente invention.

Lors de la fixation, l’orientation des bandes 8 est choisie de façon à correspondre à la correction souhaitée en fonction de l’orientation des fibres musculaires situées dessous lorsque l’orthèse est mise en place.

Lors de la fixation, la tension appliquée entre les deux extrémités de la bande 8 est réglable. Pour se faire, les bandes 8 sont pré-percées pour former des crans, et en fonction du cran choisi pour le clip la bande 8 sera plus ou moins tendue.

Les bandes 8 viennent se fixer sur la matrice 7 à différentes hauteurs (ou emplacements) et ainsi donner différentes intensités et orientations à la force appliquée sur l’avant-bras.

L’orthèse ainsi fabriquée aux figures 1 et 2 a un comportement anisotrope et corrige les mouvements du muscle lésé (exemple muscle atrophié).

Les bandes 8 de renforcement induisent une résistance sur des mouvements spécifiques du bras afin de permettre à l’avant-bras de garder une position fonctionnelle et/ou de se replacer dans sa position initiale.

La montre l’orthèse des figures 1 et 2 mise en place sur l’avant-bras. Cette orthèse comporte un orifice 9 pour faire passer le pouce, et un orifice 10 pour faire passer le coude.

La membrane est ici fabriquée à plat, à partir d’un moule dans lequel le Latex est coulé puis séché sous température contrôlée. Des bandes de scratch 11 sont disposées sur les côtés longitudinaux, afin de pouvoir les assembler l’une sur l’autre une fois que l’orthèse est mise en position autour de l’avant-bras. D’autres moyens de fixation rentrent dans le cadre de la présente invention notamment un assemblage permanent pour former une orthèse de type manchon.

Les figures 4 à 6 concernent un exemple d’une membrane servant de prothèse cardiaque.

Le cœur a une capacité de régénération limitée. Une fois que les cardiomyocytes (les cellules contractiles du muscle cardiaque) d'un cœur adulte sont endommagés, ils sont remplacés par un tissu cicatriciel fibreux non contractile. La perte de la capacité contractile des cardiomyocytes entraîne un dysfonctionnement du cœur et provoque, à terme, une insuffisance cardiaque. Une approche prometteuse pour le traitement de l'infarctus du myocarde est l'application de membranes bidimensionnelles (2D) ou tridimensionnelles (3D).

La membrane tridimensionnelle selon l’invention est réalisée à partir d’une scanographie du cœur d’un patient afin d’obtenir une géométrie adaptée.

Cette scanographie permet d’avoir les dimensions exactes du cœur. A partir de cette scanographie, on peut définir les dimensions exactes de la membrane qui va venir recouvrir ce cœur.

La membrane doit présenter une géométrie qui correspond à la forme extérieure du cœur, pour l’épouser.

Afin de pouvoir fabriquer des membranes cardiaques présentant les caractéristiques mécaniques appropriées, il est nécessaire d’étudier le tissu cardiaque.

Un cœur est représenté en figure 6C.

Son tissu cardiaque est représenté en figure 6A et se décompose en :

i) un épicarde 4 (qui correspond à une enveloppe extérieure)

ii) un myocarde 5 (qui correspond à des fibres musculaires, appelées myofibres)

iii) un endocarde 6 (qui correspond à une à une enveloppe intérieure).

Le myocarde 5 est enroulé et forme grossièrement un 8.

Plus précisément, on observe une orientation hélicoïdale du myocarde 5, depuis la base (c’est-à-dire la partie supérieure de la figure 6C) jusqu’à l’apex du cœur (c’est-à-dire la partie inférieure sur la figure 6C).

Lors du scanner du cœur figure 6C, on repère les différentes directions d’extension des fibres. En effet, lorsque le muscle cardiaque est sollicité, il va s’étirer ou se rétracter selon les directions des fibres.

Dans le cas du cœur, comme illustré en figure 6B, il existe des myofibres qui s’étendent selon :

- une première direction d’extension, dite direction d’extension principale, de façon radiale, symbolisée par la flèche R ;

- une seconde direction d’extension, dite direction d’extension secondaire, de façon longitudinale, symbolisée par la flèche L.

On remarque ici que la majeure partie du myocarde 5 a une orientation fibreuse radiale.

Le zoom de la figure 6B illustre l’orientation des myofibres sur une zone du myocarde 5 s’étendant longitudinalement.

En remontant depuis l’apex jusqu’à la base, on observe que les fibres du myocarde 5 sont orientées alternativement de manière longitudinale et radiale.

Il existe des variations d'élasticité du tissu cardiaque en fonction des éléments considérés (épicarde 4, myocarde 5 et endocarde 6), et également en fonction des orientations fibreuses du myocarde 5.

On mesure ces valeurs d’élasticité, par exemple par nanoindentation. On mesure le module d’Young réduit en fonction de la profondeur de pénétration du pénétrateur sur des échantillons du tissu cardiaque.

On en déduit une certaine valeur d’élasticité pour une certaine orientation fibreuse. En effet, on obtient une valeur d’élasticité pour le myocarde 5 avec une orientation longitudinale des myofibres, et on obtient une autre valeur d’élasticité pour le myocarde 5 avec une orientation radiale des myofibres.

On obtient également une certaine valeur d’élasticité pour l’épicarde 4 et l’endocarde 6.

Pour que la membrane 1 cardiaque reproduise au mieux le comportement mécanique du cœur, elle doit être conçue dans un ou plusieurs matériaux dont l’élasticité correspond à celle mesurée sur le tissu cardiaque et sur les fibres.

Les figures 4 et 5 illustrent une membrane 1 cardiaque. Ces figures seront décrites plus en détail dans la suite de la description.

La membrane 1 cardiaque comprend principalement une matrice 7 conçue dans un premier matériau, et dont le comportement est similaire à celui de l’épicarde 4 de la .

Plus précisément, on choisit un premier matériau biocompatible qui présente une élasticité similaire à celle de l’épicarde 4. On choisit ainsi un premier biomatériau dont les propriétés mécaniques sont les plus proches de celles de l’épicarde 4, pour en faire une matrice 7, qui aura alors une première direction d’extension.

Pour les bandes 8 de renforcement, on choisit le second matériau biocompatible, et on les positionne perpendiculairement aux fibres recouvertes sur tout ou partie de l’organe suivant les besoins de correction de mouvement.

Pour la création de membrane cardiaque sous la forme de chaussette, on fabrique un socle 2, comme illustré aux figures 4 et 7A, en plastique en impression 3D suite à la scanographie du cœur, puis la membrane 1 est coulée sur le socle 2 pour prendre la forme du cœur, comme illustré aux figures 4 et 7B.

Par exemple, la matrice 7 est conçue en alginate, chitosane et gomme de Guar, et les bandes de renforcement 8 de la membrane 1 sont conçues avec le même matériau à une concentration, un ratio, et/ou une structure orientée, plus ou moins alvéolée telle que représentée aux figures 7C, 7D et 7E, adaptée à la rigidification attendue.

La figure 7E montre en particulier la mise en position de telles structures orientées alvéolées, qu’on dispose dans des directions précises en fonction de la direction d’extension des fibres qu’elles recouvrent, L ou R.

Il est également possible de concevoir la membrane par impression 3D (tridimensionnelle).

Pour lui donner cette géométrie exacte, il est nécessaire d’imprimer en même temps un socle et la membrane.

Ainsi, comme illustré en , suite à la scanographie du cœur, on imprime strate p ar strate le socle 2 reproduisant la forme extérieure du cœur et la membrane 1. Ce socle 2 est imprimé avec un matériau plastique qui permet au socle d’être rigide et de servir de support à l’impression de la membrane 1.

La membrane 1 cardiaque est imprimée dans un ou plusieurs matériaux qui lui permettent d’être plus ou moins flexible après impression. Cette dernière épouse au final parfaitement la forme extérieure du cœur 3, comme illustré en .

On imprime chaque strate (couche) de la membrane 1 à partir des deux matériaux de la matrice 7 et du renfort 8, c’est-à-dire avec les deux matériaux biocompatibles. On obtient ainsi la membrane 1 cardiaque telle qu’illustrée en .

Le renforcement de la membrane 1 est obtenu par l’organisation des renforts 8. L’orientation, la nature des renforts 8 et leur nombre sont définis par l’analyse de la scanographie de l’organe défaillant.

Lorsqu’on souhaite uniquement renforcer une zone de la matrice 7, alors on imprime les bandes 8 de renforcement dans la matrice 7.

On obtient une membrane 1 au comportement anisotrope composée de deux matériaux entrelacés, formant un ou des renforts localisés. Ces bandes 8 de renforcement constituent des moyens de rigidification de la membrane 1.

Lorsqu’on souhaite modifier l’orientation de la membrane 1 dans différentes zones, alors on imprime localement des bandes 8 de renforcement sur la matrice 7, avec un biomatériau adapté à l’orientation souhaitée.

Dans l’exemple présenté, la matrice 7 a une élasticité similaire à l’élasticité longitudinale des fibres du myocarde. On va donc utiliser le même premier biomatériau pour imprimer cette matrice 7 et un deuxième matériau sous forme de bandes 8 de renforcement dont l’élasticité correspond à l’élasticité radiale des fibres du myocarde avec une orientation perpendiculaire aux fibres, voir .

A partir du moment où on imprime des bandes 8 sous forme de structure constituée d’alvéoles de tailles variables on obtient une membrane 1 cardiaque ayant un comportement anisotrope. Les deux matériaux utilisés contribuent ainsi à l’obtention du comportement mécanique de la membrane 1 cardiaque compatible au cœur à traiter.

La matrice 7 et les bandes 8 de renforcement peuvent être conçues avec des matériaux à base de polymère.

Selon l’invention, des formulations d'encre pour impression 3D à base de gommes naturelles ont été développées pour la fabrication de ces membranes 1 cardiaques anisotropes.

Quatre formulations d'encre à base de chitosan (CH), de chitosan/gomme de guar (CH-GG), de chitosan/gomme de tamarin (CH-TG) et alginate/polyacrylamine (AL-PO) ont été mises au point.

Afin d’améliorer l’impression de ces quatre encres, de la gélatine peut être ajoutée à la composition des encres.

La première encre est composée de chitosane 90/10 (90 % de degré de désacétylation, 10 mPa.s de viscosité moyenne) à une concentration de 2% appelée CH.

La deuxième encre est composée d’un mélange (rapport 1:1) de chitosane (2%) et gomme de Guar (2%) appelée CH-GG.

La troisième encre est composée d’un mélange (rapport 1:1) de chitosane (2%) et gomme de Tamarin (2%) appelée CH-TG.

La quatrième encre est composée d’un mélange (rapport 8 :1) d’alginate (12,25%) et de polyacrylamine (1,75%).

Une membrane 1 imprimée à base de CH-GG ou CH-TG présente une élasticité similaire à celle du myocarde 5 avec une orientation radiale des fibres.

Une membrane 1 imprimée à base de CH ou à base de AL-PO présente une élasticité similaire à celle de l’épicarde 4 et à celle du myocarde 5 avec une orientation longitudinale des fibres.

Ainsi, de préférence, le premier matériau biocompatible est du CH ou AL-PO, et le second matériau biocompatible est du CH-GG ou CH-TG.

De préférence, toutes les constructions 3D ont été imprimées à l'aide d’une bio-imprimante de la marque Envisiontec, avec une aiguille de diamètre intérieur de 250 mm et une vitesse constante de 5 mm/s, tandis que la pression était adaptée à chaque formulation : environ 0,6 bar pour CH, 0,8 bar pour CH-TG et 1,0 bar pour CH-GG. Ces paramètres peuvent être transposés et ajustés en fonction de l’imprimante utilisée.

Pour être efficaces dans la restauration de la fonction cardiaque, les membranes 1 doivent :

i) avoir des propriétés mécaniques similaires à celles du cœur, comme vu précédemment,

et ii) optionnellement libérer des ingrédients thérapeutiques comme des facteurs de croissances et/ou des biomolécules.

En effet, la fonctionnalisation de la membrane 1 rentre dans le cadre de la présente invention. Dans ce cas, la paroi intérieure de la membrane 1 en contact avec le cœur est fonctionnalisée, au moins dans les zones à soigner.

Plusieurs applications sont possibles avec de telles membranes 1.

En effet, ces membranes 1 peuvent être utilisées en tant que prothèses cardiaques actives (par exemple avec l’intégration de cardiomyocytes) et prothèses cardiaques passives, en polymères.

Ces membranes 1 peuvent être utilisées en tant que prothèses musculaires, ou encore en tant qu’orthèses, par exemple pour les sportifs de haut niveau de handisport. Il peut s’agir d’une orthèse d’avant-bras.

Les configurations montrées aux figures citées ne sont que des exemples possibles, nullement limitatifs, de l’invention qui englobe au contraire les variantes de formes et de conceptions à la portée de l’homme de l’art.

Claims

Membrane (1) musculaire destinée à être apposée sur un muscle d’un corps humain ou animal, ladite membrane (1) étant apte à envelopper au moins partiellement le muscle, le muscle comprenant des fibres recouvertes d’un tissu externe, la membrane (1) mise en position présentant une géométrie identique à celle du muscle, ladite membrane étant caractérisée en ce qu’elle a un comportement anisotrope de façon à reproduire le comportement mécanique du muscle, la membrane (1) comportant :
- une matrice (7) conçue dans un matériau biocompatible ayant une élasticité similaire à celle du tissu externe du muscle,
- une ou plusieurs bandes (8) de renforcement associée(s) à la matrice (7), chaque bande (8) étant conçue dans un matériau biocompatible ayant une élasticité similaire à celle des fibres qu’elle recouvre et chaque bande (8) étant orientée selon des besoins de rigidification de la membrane (1).
Membrane (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les matériaux biocompatibles sont choisis parmi le latex, les fibres synthétiques, les gommes naturelles du type chitosane, tamarin, alginate, gelatine, guar, xanthane, ou des mélanges de ces gommes, un polymère du type polyacrylamide.
Membrane (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’elle est conçue par un mélange de chitosane et de guar, ou un mélange de chitosane et de tamarin.
Membrane (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque bande (8) présente une tension spécifique au sein de la membrane.
Membrane (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est obtenue par impression 3D.
Membrane (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle présente une surface interne apte à venir au contact du muscle, ladite surface interne étant fonctionnalisée.
Procédé de fabrication d’une membrane (1) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant les étapes suivantes :
- scanographie du muscle à envelopper pour définir sa géométrie extérieure, et l’orientation de ses fibres ;
- modélisation de la géométrie, de l’élasticité et des directions d’extension de la membrane (1) devant envelopper au moins partiellement le muscle ;
- formation d’un support (2) reprenant la forme du muscle ;
- formation de la membrane (1) à partir d’au moins un matériau biocompatible pour former la matrice (7) et les bandes (8) de renforcement.
Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les étapes de formation du support (2) et de la membrane (1) sont réalisées par d’impression 3D, la membrane (1) étant imprimée simultanément au support (2).
Prothèse, du type prothèse cardiaque ou prothèse musculaire, formée par une membrane (1) selon l’une des revendications 1 à 6.
Orthèse d’un muscle, du type orthèse plantaire ou orthèse de bras, formée par une membrane (1) selon l’une des revendications 1 à 6.
Utilisation d’une membrane (1) selon l’une des revendications 1 à 6 sur un muscle, ladite membrane (1) enveloppant au moins partiellement le muscle.