Quel traitement fonctionnera pour vous? Les modèles informatiques de votre cœur prédisent l'effet d'une intervention chirurgicale, d'une nouvelle valve cardiaque ou d'un médicament.
Une personne sur cinq souffrira tôt ou tard d'une forme d'insuffisance cardiaque. Pour déterminer une bonne stratégie thérapeutique, la médecine utilise encore aujourd'hui les mêmes techniques d'évaluation qu'il y a cinquante ou soixante ans :les études cliniques. Il s'agit d'évaluer l'efficacité et la sécurité d'un traitement sur un large groupe de patients. Supposons qu'un nouveau traitement entraîne une amélioration pour 90 % des patients. Votre médecin sera alors enclin à vous proposer également ce traitement. Mais quel est le sort des 10 % restants ? Et serez-vous le seul sur dix ? Malheureusement, cela reste des essais et des erreurs.
Pouvons-nous avoir ce traitement sur votre coeur essayez-le avant de les mettre réellement en œuvre ? Oui! Avec un jumeau numérique de ton coeur.
Les jumeaux numériques sont des copies exactes d'un produit, d'un objet ou d'un processus dans un ordinateur. Ils ne sont pas nouveaux. Mieux encore, vous les voyez tous les jours. De nos jours, les voitures, les avions, les conditions météorologiques, les ponts et même votre brosse à dents sont de plus en plus conçus ou étudiés sur ordinateur.
Par exemple, SpaceX ne tire pas des milliers de roquettes dans l'espace par essais et erreurs pour arriver à une conception finale. Ce serait financièrement irréalisable. Non, les ingénieurs de l'équipe d'Elon Musk testent d'abord virtuellement chaque conception sur l'ordinateur dans tous les scénarios possibles. Ils ne développent vraiment un prototype physique coûteux que s'ils en sont sûrs. Ou presque certainement en tout cas.
L'essai et l'erreur se produisent virtuellement pour réduire l'erreur dans la réalité
Heureusement, développer un jumeau numérique de votre cœur n'est pas sorcier , pourtant? Eh bien, nous avons déjà pu construire des missiles. Une pompe mécanique n'est toujours pas plus efficace que notre propre cœur. Vous pouvez littéralement considérer le cœur comme un tour de force biotechnologique. À tout moment, dans notre cœur, il y a une interaction complexe de processus aux niveaux sous-cellulaire, cellulaire, tissulaire et organique.
En calculant les processus biochimiques, électriques et mécaniques de votre cœur, nous pouvons prédire l'étirement de votre tissu cardiaque (bleu-violet :contraction, les fibres musculaires sont comprimées - orange-jaune :relaxation, les fibres musculaires sont étirées).
Pour simuler de manière réaliste le cœur humain, j'ai décrit tous ces processus en utilisant les mêmes lois et principes naturels que nous connaissons dans notre monde physique. Par exemple, l'afflux et l'écoulement nets de particules chargées à travers la paroi cellulaire doivent rester en équilibre avec la charge totale de la cellule. L'électricité, tu te souviens ? Une charge changeante provoque la contraction d'une cellule musculaire, le développement de sa force et sa déformation. Mécanique. L'hydraulique est également impliquée. Le tissu déformant provoque une différence de pression entre vos cavités cardiaques. Cela détermine la quantité de sang pompée. J'ai ensuite dû traduire chaque processus en une formule mathématique. Simple non ?
Pas vraiment. Il est impossible de mettre tous les processus sous-jacents pour tout le cœur dans une longue formule. C'est pourquoi je divise chaque modèle en plusieurs petits blocs. Considérez-le comme une construction en lego. Chaque bloc représente un petit morceau de tissu cardiaque. J'applique ensuite les lois fondamentales de la physique à chaque bloc et calcule les processus et équations sous-jacents.
Si je fais cela pour tous les blocs ensemble, j'obtiens une copie virtuelle qui prédit le comportement biochimique, électrique et mécanique de votre cœur. J'utilise des images médicales, des électrocardiogrammes et des mesures de tension artérielle pour adapter le cœur virtuel à votre cœur.
Par exemple, tout comme vos vêtements tiennent dans le magasin, ces modèles informatiques permettent d'installer plusieurs valves cardiaques pour chaque patient. † Je calcule ensuite la charge mécanique que différents types et tailles de valves exercent sur votre cœur. De même, ces simulations nous permettent de prédire si un régime médicamenteux particulier fonctionnera pour vous. Pour cela, je prends en compte, entre autres, la façon dont les médicaments perturbent l'entrée et la sortie de particules chargées à travers la paroi cellulaire. Vous obtenez alors votre risque d'effets secondaires négatifs gratuitement. C'est ainsi que se déroulent les essais et erreurs . d'abord virtuellement, pour éviter l'erreur en réalité.
Les études cliniques sont l'étalon-or technique d'évaluation en médecine. Ces études sont très coûteuses et chronophages. Il faut souvent des années avant qu'un nouvel implant ou médicament ne soit testé sur l'homme. Avec un cœur virtuel, cela peut se faire en quelques heures. Les études cliniques comportent également toujours un certain risque pour les participants eux-mêmes. L'étalon-or a donc perdu un peu de son lustre.
En collaboration avec la FDA, nous menons actuellement des études cliniques dans l'ordinateur
Il arrive également que dans une étude clinique, un seul traitement soit effectué par patient, alors que vous pouvez virtuellement en essayer beaucoup d'autres. Ce potentiel n'est d'ailleurs pas passé inaperçu auprès de la FDA, l'agence américaine chargée de la qualité et de la sécurité des procédures médicales, des implants et des médicaments. Par exemple, je fais partie d'un consortium qui, avec la FDA, développe le premier mener une étude clinique virtuelle. Un nouvel implant valvulaire est d'abord testé et optimisé dans une population de patients virtuels. Ce n'est que plus tard que les études animales et humaines suivront. La souffrance animale et humaine est ainsi évitée au maximum. Même les scénarios de test contraires à l'éthique peuvent désormais être exécutés virtuellement.
Moins d'effets secondaires et le retour des patients sauvent la société beaucoup d'argent. Les cœurs virtuels sont également très intéressants éducatifs outils pour les médecins en formation. Tout comme les jeunes pilotes s'entraînent pour la première fois sur le simulateur de vol, les médecins pourront bientôt faire leurs premières incisions dans un cœur virtuel. Enfin, ces modèles informatiques nous permettent de mieux comprendre . le cœur humain †
Les médecins pourront bientôt faire leurs premières incisions dans un cœur virtuel
Nous améliorons continuellement le pouvoir prédictif de ces modèles informatiques. Toujours plus loin dans le futur. Par exemple, je travaille actuellement avec des médecins et des biologistes pour étudier les processus structurels qui affectent et modifient progressivement le tissu cardiaque. De cette façon, j'espère prédire comment votre valve qui fuit aujourd'hui affectera votre cœur dans cinq à dix ans.
J'attends déjà avec impatience le jour où la biologie computationnelle et la médecine clinique fusionneront complètement et où tout le monde, du nouveau-né à la vieille dame courageuse, aura son cœur virtuel.
Mathias Peirlinck a été nominé pour la Flemish PhD Cup. Découvrez-en plus sur ses recherches sur www.phdcup.be.
