Notre engagement en faveur de la santé

Modéliser le corps humain, des cellules aux organes

De la modélisation des cellules à celle des tissus et des organes, les chercheurs et les médecins utilisent déjà les techniques de 3D et de simulation pour mieux comprendre, prévoir, optimiser les traitements et personnaliser les soins.

• La cécité et la déficience visuelle sont des handicaps relativement courants qui touchent 2,2 milliards de personnes dans le monde. Deux formes relativement courantes de cécité surviennent juste derrière le globe oculaire, là où le nerf optique est relié au cerveau. Les chercheurs savent qu'à chaque fois que l'œil bouge – quelques centaines de milliers de fois par jour – le nerf optique tréssaute légèrement, mais ils ne comprennent pas encore bien quels sont les dommages potentiels infligés aux délicats vaisseaux sanguins par ces mouvements au cours d'une vie. Afin d'améliorer la compréhension de cet organe et de permettre le développement de nouveaux outils thérapeutiques pour traiter la cécité, La Fondation Dassault Systèmes soutient le Massachusetts Eye and Ear pour une étude préliminaire visant à créer un jumeau virtuel de l'œil humain. Dirigé par le Dr Joseph Rizzo, professeur d'ophtalmologie à la Harvard Medical School, le projet révolutionnaire de jumeau virtuel de l'œil permettra d'approfondir la compréhension de cet organe en développant un modèle 3D scientifiquement précis qui permettra aux chercheurs d'observer le nerf optique d'une manière nouvelle, les techniques actuelles ne permettant pas de rendre compte de sa dynamique complexe.

   

• Une équipe d'étudiants et de chercheurs des Mines Paris Tech en France s'intéresse au système respiratoire et à ses tissus. L'équipe travaille actuellement sur un modèle 3D des bronches pour observer le comportement des cellules respiratoires. En exploitant les méthodes numériques de l'IA et de la biologie des systèmes, ils veulent simuler le fonctionnement dynamique du poumon face à des perturbations induites par des maladies génétiques comme la mucoviscidose, des agressions par des agents environnementaux comme le tabac et les polluants ou des agents infectieux comme le SRAS-CoV2. Cette étude devrait permettre de mieux comprendre les maladies pulmonaires et d'élaborer de nouvelles stratégies thérapeutiques.

   

• Dans le même domaine, le projet "Living Lung" vise à atteindre un nouveau niveau de modélisation du poumon, en se concentrant sur la construction d'un modèle 3D complet d'un poumon pendant la respiration. Le Dr Mona Eskandari et son équipe de recherche de l'Université de Californie, Riverside, aux États-Unis, construisent le premier modèle structurel de poumon computationnel à éléments finis en 3D pour représenter avec précision les étirements, l'hétérogénéité et l'anisotropie comportementaux acquis expérimentalement au cours du cycle respiratoire dynamique. Tout en offrant un terrain de jeu en 3D pour les progrès et l'expérimentation en science pulmonaire, ce projet fournira également des informations cruciales pour les progrès médicaux.

   

"Jamais la première fois sur le patient" : formation des professionnels de santé grâce à la réalité virtuelle

Grâce à la 3D, à la réalité virtuelle et à la simulation, les chercheurs, les étudiants et les professionnels de santé peuvent désormais apprendre et pratiquer virtuellement des procédures médicales avant de passer à l'acte, réduisant ainsi les erreurs dans le monde réel. Parmi les nombreux projets de formation à la santé numérique, La Fondation Dassault Systèmes soutient deux initiatives axées sur l'accouchement.

• En France, la célèbre Université Paris Cité (iLumens, Département de simulation en Santé), en relation avec des hôpitaux publics français (Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital Foch), des laboratoires de recherche et un fabricant d'imprimantes 3D, forme les sages-femmes, les infirmières et le personnel des maternités aux procédures d'urgence pendant l'accouchement, telles que les hémorragies post-partum ou la détection d'un accouchement prématuré. L'équipe a mis au point des simulateurs imprimés en 3D pour leur permettre de s'exercer à la demande, là où c'est nécessaire (à l'hôpital ou dans un centre de simulation). Outre leurs avantages éthiques évidents, les modèles synthétiques sur mesure constituent en effet une alternative plus rapide et plus efficace aux modèles biologiques. Ils permettent d'imprimer des parties anatomiques spécifiques de manière reproductible et à moindre coût, tout en étant extrêmement proches de la réalité. La simulation peut être utilisée pour mieux comprendre les décisions cliniques prises dans des situations de stress et pour analyser le travail d'équipe dans des environnements interprofessionnels.

   

• Le projet Digital Health Training mené par l'Université de Lorraine, en France, en partenariat avec le Centre de simulation Honoris de Tunis, en Tunisie, vise à démocratiser la formation médicale en utilisant la puissance de la 3D. Cette expérience de collaboration se concentre sur le développement d'un ensemble de cours de formation en simulation 3D pour les étudiants et les professionnels de la santé dans les maternités, afin de maîtriser des pratiques médicales sophistiquées telles que la ponction lombaire ou l'accouchement par voie basse dans le monde virtuel, avant de les effectuer sur des patientes. Complétées par des instructions visuelles et auditives en direct, les expériences de Réalité Virtuelle reproduisent avec une grande fidélité des situations cliniques qui se produisent tous les jours à l'hôpital, et permettent une immersion totale dans la salle d'opération ou l'unité de soins intensifs.

   

Percer les mystères du cerveau

La technologie – qu'il s'agisse des capacités d'IA ou des progrès en matière d'imagerie, d'apprentissage automatique ou de capacités de simulation et de 3D – est un outil puissant pour comprendre et appréhender le cerveau, notre organe le plus complexe.

• En Inde, la Shiv Nadar Institution of Eminence à Delhi en Inde travaille sur un projet de neuro-réhabilitation des enfants souffrant de lésions cérébrales grâce à des techniques de physiothérapie par neurostimulation non invasive en 3D. Cette recherche se concentre en particulier sur l'analyse de l'imagerie cérébrale en 3D afin d'accroître la précision de la neurostimulation, et sur l'utilisation de la découverte et de la modélisation de médicaments en 3D pour la neuroprotection afin d'adapter l'intervention médicale à l’enfant dont le crâne est en constante évolution.

   

• Communiquer avec le cerveau d'une personne dont les sens ne fonctionnent plus est désormais possible. Aux États-Unis, un projet de recherche du MIT Media Lab appelé "Brain Switch" vise à aider les personnes souffrant de SLA, également appelée maladie de Charcot, qui entraîne progressivement une incapacité à parler et à communiquer avec leur entourage. Grâce au développement d'une interface cerveau-ordinateur permettant des réponses binaires contrôlées par le cerveau (comme oui ou non), les patients pourraient rentrer chez eux avec un moyen de maintenir le lien avec leurs proches. Pour en savoir plus, lisez l'interview de Nataliya Kos'myna, chef de projet.

   

• La modélisation et la simulation peuvent également être appliquées au domaine psychiatrique, par exemple pour personnaliser les protocoles de traitement des maladies mentales telles que la schizophrénie. Dans le cadre du programme D-SNIP, l'équipe de l'Institut national de la santé mentale et des neurosciences (NIMHANS) de Bengaluru en Inde utilise les données cérébrales des patients pour adapter et cibler leurs traitements par électrostimulation. En modélisant et en simulant la réponse du cerveau au courant électrique, ils peuvent optimiser les paramètres et la puissance du courant appliqué à des régions spécifiques du cerveau, optimisant ainsi les protocoles d'électrostimulation pour un résultat plus efficace. Le Dr Ganesan Venkatasubramanian, chercheur en charge du projet, a reçu le prix Shanti Swarup Bhatnagar pour la science et la technologie, l'une des plus hautes récompenses scientifiques pluridisciplinaires en Inde.

   

• Les chercheurs du Vishwakarma Institute of Information Technology de Pune (VIIT) mettent au point un système automatique de détection précoce des troubles de la fluidité de la parole chez les enfants (âgés de 4 à 14 ans), qui permettra d'améliorer la parole et la fluidité de la prononciation à un stade précoce. Ce système utilisera une application mobile basée sur l'enregistrement des signaux vocaux et vidéo (mouvements faciaux) des patients. Ce système basé sur l'IA aidera les médecins à détecter les troubles dans la fluidité. Il fournira également des informations utiles sur les problèmes aux patients ou à leur famille, ce qui lui permettra d'atteindre les populations rurales ou éloignées où les experts ne sont pas nécessairement disponibles.

   

Faire progresser la lutte contre le cancer

Selon les Nations unies, le cancer est l'une des principales causes de décès dans le monde. Il était à l'origine de près de 10 millions de morts en 2020, soit un décès sur six. De la détection plus précoce à des traitements plus efficaces, les résultats de la recherche pourraient avoir un impact significatif sur la vie de millions de personnes.

• En Inde, les chercheurs de l'Indian Institute of Technology – Mumbai travaillent sur un nouveau type de micro-dispositif qui permettrait de détecter précocement les cancers à partir d'échantillons de plasma sanguin grâce à la biopsie liquide. Cette technique peu invasive est encore plus précise que la biopsie conventionnelle. Elle pourrait également être utilisée tout au long de la convalescence du patient pour suivre l'évolution de la maladie et la rémission.

   

• Une autre équipe de chercheurs au Madanapalle Institute of Technology & Science - Andhra Pradesh en Inde se concentre sur le traitement du cancer à faible énergie électronique, sur des patients qui subissent une radiothérapie et une chimiothérapie combinées. En modélisant et en simulant le comportement de ce que l'on appelle des molécules "radio sensibilisantes", comme la curcumine ou la quercétine (à inclure dans le traitement chimio thérapeutique), ils ont découvert que ces molécules pouvaient renforcer l'action des rayonnements sur les cellules tumorales, avec un impact minimal sur les cellules saines, ce qui améliore grandement la précision et l'efficacité de la radiothérapie.

   

Aider les gens dans leur vie quotidienne  

La technologie permet d'étendre les soins aux personnes au-delà des établissements de santé habituels, que ce soit au travail ou à la maison.

• Répéter les mêmes gestes cinq jours par semaine peut être très éprouvant pour le squelette des ouvriers. Les chercheurs de l'ESB Business School de l'université de Reutlingen, en Allemagne, ont développé une méthode d'évaluation ergonomique et de formation basée sur l'IA afin d'améliorer la posture des travailleurs à la chaîne et de protéger leurs articulations. À l'aide d'une combinaison de capture de mouvement, l'équipe a analysé et simulé les mouvements des ouvriers afin de repérer les mauvaises postures. En apprenant de leurs comportements et en s'appuyant sur les commentaires des experts, l'IA a pu identifier les mauvaises postures et proposer un flux de travail personnalisé, adapté aux contraintes de chaque personne. Un bon moyen d'alléger la pression au travail.

   

• Le Vishwakarma Institute of Technology de Pune en Inde développe quant à lui un "environnement domestique virtuel intelligent" pour les personnes âgées vivant seules. Tout en leur permettant de contrôler leurs équipements domestiques (portes, fenêtres et lumières) par la voix, le système utilise également des capteurs pour analyser les mouvements et l'activité de la personne à l'intérieur de son domicile afin d'alerter leurs proches en cas de chute ou de tout autre incident. Il peut même utiliser les données collectées pour proposer des changements dans l'ergonomie de la pièce. Ce dispositif est installé dans un établissement pour personnes âgées dédié aux femmes près de Pune qui accueille 40 femmes. L'idée est maintenant de le rendre accessible plus largement à travers le pays.

   

• Aux États-Unis, les étudiants de l'université Clarkson développent une unité de fabrication de dispositifs d'assistance et intelligents (AIDFab) pour permettre de "vieillir chez soi". Ces installations combinent toutes les avancées récentes en matière de robotique, de modélisation 3D, de fabrication et de systèmes intelligents pour imaginer des dispositifs d'assistance qui permettraient aux individus de continuer à rester chez eux et de vivre en toute sécurité, de manière indépendante et confortable à mesure qu’ils vieillissent. L'objectif est également de sensibiliser les étudiants aux défis de la vieillesse et aux solutions potentielles, et de leur permettre de développer de nouvelles compétences qu'ils pourront ensuite mettre à profit dans leurs futurs emplois pour le bien commun.

   

L'ingénierie et la science médicale, main dans la main

La force de la technologie réside également dans son pouvoir de collaboration et dans la manière dont elle permet de créer des ponts entre les disciplines et les personnes, faisant ainsi émerger le meilleur de l'innovation, au service des patients.

• À l'Institut de technologie de Vellore, à Chennai en Inde, les étudiants ingénieurs reçoivent une formation en sciences médicales. Cette formation innovante, basée sur les techniques de bio-modélisation et de simulation, les prépare à concevoir des bio-dispositifs et des équipements médicaux efficaces et avancés. En étudiant le fonctionnement des systèmes biologiques, les étudiants peuvent développer une approche holistique de la bio-ingénierie et de la biomécanique qui les aidera à concevoir des dispositifs plus efficaces à des fins médicales. Le cours est véritablement multidisciplinaire et multi-domaines et a été développé par des experts issus des domaines de la médecine et de l'ingénierie.

   

• À l'Université mondiale pour la paix du MIT à Pune en Inde, de jeunes talents des facultés de médecine et d'ingénierie se réunissent quatre fois par an pour des hackathons de trois jours. Ils travaillent ensemble sous la direction de mentors experts pour résoudre des problèmes concrets liés aux soins et à la santé. Ces jeunes équipes pluridisciplinaires combinent leur expertise pour identifier, définir et développer des idées innovantes afin de rendre les soins de santé, les dispositifs médicaux et les installations plus accessibles dans tout le pays, en particulier dans les zones rurales, à un coût abordable.