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Edito : Bientôt, nous diagnostiquerons, à domicile, une maladie avant qu'elle ne soit grave

Depuis ses origines, la médecine essaye de soigner, et si possible de prévenir les multiples maladies qui affectent l’homme et elle y parvient de mieux en mieux, comme le montre l’augmentation absolument sans précédent de l’espérance de vie moyenne dans le monde : plus de trente ans de vie gagnés en un siècle !

La médecine parvient aujourd’hui à guérir un grand nombre de maladies, avec une efficacité que nous n'aurions même pas imaginée il y a seulement un demi-siècle. Par contre, elle peine encore à prévenir l’apparition des maladies les plus meurtrières et à les détecter très précocement, ce qui permettrait, notamment dans le cas des cancers et de maladies cardio-vasculaires, ou de pathologies neurodégénératives, d’effectuer un nouveau bond en avant en matière d’efficacité thérapeutique car, on le sait, il est bien plus facile de guérir ou de stabiliser une maladie détectée aux tout premiers stades, avant même que les symptômes n’apparaissent.

Certes, les outils de diagnostic, d’analyses biologiques et d’imagerie, ont fait des progrès considérables depuis la fin du siècle dernier, ce qui a contribué de manière importante à la baisse constante de la mortalité réelle par cancer et maladies cardio-vasculaires dans notre pays depuis trente ans - mais le recours à ces outils a rarement un caractère automatique. Il reste le plus souvent lié à l’apparition de symptômes qui laissent suspecter la présence d’une pathologie à traiter. Et pour un certain nombre de maladies graves, les symptômes apparaissent, malheureusement, tardivement et lorsqu’un diagnostic fiable est posé, les chances de guérison du patient sont souvent amoindries car la maladie a déjà beaucoup progressé…

Si nous pouvions déceler, avant même que ne se manifestent les premiers symptômes, de manière automatique et transparente, avec des outils fiables et peu coûteux, les principales maladies qui nous menacent, nous pourrions augmenter considérablement les chances de guérison dans de nombreuses pathologies graves, tout en améliorant sensiblement la qualité et le confort de vie des malades, qui pourraient bénéficier de traitements moins lourds et moins longs, pour une plus grande efficacité thérapeutique.

Un tel bond en avant scientifique et technologique permettrait également de réduire sensiblement le coût total de nos dépenses de santé qui a été multiplié par 3,5, en France, depuis 1950 et atteint à présent 200 milliards d’euros par an, soit environ 9 % de notre PIB. Les économies ainsi dégagées pourraient être affectées à une meilleure prise en charge de la dépendance, dont le coût collectif va doubler d’ici le milieu du siècle et qui devrait nécessiter rapidement 10 milliards de ressources nouvelles par an.

Certains pourraient m’objecter qu’une détection précoce, généralisée et automatique de nombreuses maladies, n’est pas réaliste et relève encore pour longtemps de la science-fiction. Je crois au contraire qu’une telle perspective est envisageable bien plus rapidement qu’on ne l’imagine, si l’on s’appuie sur les remarquables avancées intervenues au cours de ces dernières années.

Depuis plusieurs années, 14 laboratoires à travers le monde ont ainsi uni leurs forces pour lancer un vaste programme de recherche sur cette question. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication signée par Morad Nakhleh, chercheur à Technion, à Haïfa. Cette étude révèle que ce consortium (qui compte dans ses rangs l’unité Inserm Hypertension artérielle pulmonaire en France) a réussi à créer un nez électronique capable d’identifier 17 maladies à leur simple odeur (Voir ACS Nano).

Pour mener à bien leur projet, les chercheurs ont recueilli dans un ballon l’air expiré par 1 404 personnes, touchées par différentes pathologies ou en bonne santé. Ces scientifiques ont ensuite analysé la nature et la concentration des multiples composés chimiques présents dans l’haleine à l’aide de leur nez électronique, doté d’un support conducteur de l’électricité, constitué de nanoparticules. Les molécules volatiles créent une modification du courant électrique dans le conducteur permettant de les identifier grâce à des algorithmes de reconnaissance des odeurs.

Au final, ce nez artificiel a pu obtenir des cas des diagnostics justes dans 86 %. La justesse des conclusions varie entre 64 % et 100 % selon la difficulté à distinguer certaines pathologies. Pour affiner les résultats, les chercheurs ont aussi fait appel à différentes techniques comme la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse. Actuellement, cette équipe de recherche continue à améliorer la sensibilité de ce nez électronique et souhaite pouvoir proposer d’ici cinq ans ce nez électronique à un prix abordable aux médecins et aux hôpitaux.

Toujours en 2017, une autre équipe hollandaise a également développé son nez électronique (eNose) qui est une technologie non invasive basée sur l'analyse de schémas de composés volatils expirés et de condensats d'haleine expirés. Le eNose est formé à l'analyse de l'haleine exhalée de patients atteints d'une certaine maladie et de sujets témoins ne présentant pas cette maladie. Cet eNose a déjà montré ses capacités à pouvoir diagnostiquer plusieurs maladies, telles que l'asthme, la tuberculose, certains cancers, ou encore l’épilepsie.

En matière de détection et de diagnostic précoces du cancer, des avancées majeures sont également en cours, notamment dans le cancer de la prostate, le cancer le plus fréquent chez l’homme, avec plus de 50 000 nouveaux cas chaque année, pour environ 8 000 décès. Bien que le dosage du PSA (Prostate Specific Antigen) permette d’avoir une indication quant aux risques de cancer, seul le prélèvement de cellules cancéreuses directement sur l’organe (biopsie) permet d’avoir la certitude du diagnostic.

Mais jusqu’à présent, les biopsies guidées par imagerie échographique ne permettaient pas de distinguer immédiatement, sans ambiguïté, les cellules tumorales des cellules saines. Pour surmonter cet obstacle, le CEA Tech a présenté fin 2018 une solution innovante de localisation des tumeurs au travers de la mesure de fluorescence résolue en temps. Ce concept consiste à injecter au patient un traceur fluorescent dans le proche infrarouge qui s’accumulera de façon privilégiée dans les tumeurs, puis de localiser ce traceur à l’aide d’une sonde optique connectée à un laser d’excitation pulsé. Grâce à une chaîne de mesure du temps de vol des photons de fluorescence, il est possible de localiser la zone d’émission en profondeur dans les tissus environnants. Avec cette technique de pointe, particulièrement fiable et précise, il devient enfin envisageable de pouvoir détecter et diagnostiquer très rapidement le cancer de la prostate.

Une autre équipe américaine dirigée par le Docteur Nishant Agrawal (Université de Chicago) a inventé en 2015 une technique pour détecter les signatures génétiques de tumeurs de la bouche et de la gorge dans le sang et la salive. « Notre test demande à être validé sur un nombre plus important de malades mais, comme il a vraiment une très bonne sensibilité, nous avons l'espoir de le voir commercialisé à bas coût dans moins de cinq ans », souligne de Docteur Agrawal.

En novembre dernier, des chercheurs britanniques de l’Université de Cambridge ont présenté un nouveau test de dépistage capable de détecter la présence d’ADN des tumeurs profondes dans le sang. Les premiers essais cliniques ont permis de retrouver les ADN des cellules des tumeurs des organes profonds plus facilement dans le sang en ciblant les brins d’ADN de ces dernières, qui ont la particularité d’être plus courts que les autres ADN circulants normaux. Ce test expérimental utilise de manière ingénieuse cette différence de taille pour repérer ces fragments et les analyser. Dans le cas du cancer colorectal, des voies biliaires, des ovaires, du sein et de la peau, le test sanguin a permis de détecter 94 % des cancers. Pour le cancer du pancréas, du rein et du cerveau, ce taux de reconnaissance atteint déjà les 65 % (Voir Science Translational Medicine).

Il y a quelques semaines, des chercheurs du Rochester Institute of Technology (États-Unis) ont mis au point une cuvette de toilettes conçue pour détecter si la personne qui l’utilise présente un risque d'insuffisance cardiaque congestive (ICC). La maladie entraîne un dysfonctionnement où le cœur n'arrive plus à pomper suffisamment de sang pour alimenter le corps (il s'agit d'une maladie chronique). Cette cuvette est équipée de capteurs mesurant la pression sanguine et l'oxygénation, mais aussi d'un cardiofréquencemètre. A chaque passage dans les toilettes, les capteurs font un scan de l’utilisateur et sont capables de détecter une insuffisance cardiaque congestive.

L’idée est d'éviter la réadmission des patients qui ont une ICC. En effet, comme le souligne l’un des chercheurs, Nicholas Conn, 25 % des patients atteints d'ICC sont réadmis 30 jours après leur sortie. Concrètement, les cuvettes seraient achetées par les hôpitaux puis données aux patients afin qu'ils se testent à domicile. Et leurs cardiologues recevraient une notification lorsque l'algorithme aurait trouvé un problème. Cette avancée technologique a été testée avec succès et pourrait changer la vie de nombreux patients.

Mais d’autres laboratoires dans le monde travaillent également sur de petits systèmes portables que l’on pourra avoir dans sa poche, ou qui seront intégrés aux vêtements, et pourront détecter et mesurer la présence, ainsi que les variations de concentration d’une multitude de biomarqueurs indésirables dans le sang ou la salive, et repérant les maladies à un stade précoce (Voir Nature).

En Suisse, des chercheurs du Laboratoire de systèmes bionanophotonique de la Faculté des sciences et techniques de l'ingénieur de l’EPFL ont développé un outil puissant qui s’inscrit dans cette révolution technologique. Il s’agit d’une puce optique miniaturisée qui, couplée à un appareil photo CMOS et à de l’analyse d’image, permet de compter les biomolécules d’un échantillon une à une, mais aussi de déduire leur position précise. Cet outil très prometteur utilise le phénomène physique des métasurfaces. Il s’agit de feuilles de matériaux sur lesquelles on place des millions d’îlots nanométriques, positionnés de façon spécifique. Ces îlots ont la capacité, à une fréquence donnée, de confiner intensément la lumière en certains points, créant ainsi des « hot spot » ultra-sensibles de détection.

Lorsque l’on expose ces surfaces à un flux lumineux et qu’une molécule se trouve dans un « hot spot », elle modifie instantanément la longueur d’onde de la lumière et est ainsi immédiatement détectée. Ces chercheurs travaillent à présent sur une nouvelle version de leur système, où les métasurfaces sont programmées par région, pour résonner à des longueurs d’onde différentes, ce qui rend le dispositif plus simple et moins coûteux à fabriquer. Ces scientifiques suisses sont persuadés que ces capteurs optiques ont un immense potentiel pour aborder les défis de la prochaine génération, en particulier ceux liés à la détection précoce et personnalisée des maladies.

Autre exemple de cette révolution en cours, l’Institut Cardiovasculaire Paris Sud (ICPS), à Massy, est la première clinique au monde à utiliser, depuis un an Cardiologs, une technologie qui permet de lire des électrocardiogrammes. « Grâce à ce nouvel outil numérique le médecin passe cinq minutes au lieu d’une demi-heure pour lire un examen », explique Laurent Fiorina, cardiologue spécialisé dans les troubles du rythme cardiaque à l’ICPS et expert médical chez Cardiologs. Cardiologs a été entraîné à reconnaître des patterns dans l’information cardiaque pour permettre une détection rapide des troubles cardiovasculaires.

Couplé à un algorithme spécifique, ce système permet d’obtenir un diagnostic rapide et fiable, mais aussi de rendre cet examen plus accessible. « La base de données de cet outil technologique est à plus d’un million d’électrocardiogrammes », souligne Laurent Fiorina. « Cette machine sera donc capable de repérer des pathologies rares mieux qu’un cardiologue et qu’un généraliste ». Cette puissante aide va permettre aux médecins de libérer du temps qu’ils pourront ainsi consacrer aux patients.

Autre outil s’appuyant sur le deep learning (apprentissage automatique par modélisation), Arterys. Commercialisé depuis un an environ, ce dispositif innovant est conçu pour aider les médecins à poser un diagnostic précis. En effet, cette IA, entraînée à comprendre le fonctionnement métabolique et à analyser les marqueurs biologiques, est capable de repérer immédiatement si le ventricule droit ou le gauche se contracte bien. Autre avantage décisif : cette technologie est potentiellement utilisable en tout point du Globe. Il suffit d’envoyer les données médicales, anonymisées et cryptées, sur un cloud où le médecin pourra le consulter directement depuis son smartphone ou une tablette. En outre, Arterys peut être déclinée pour plusieurs pathologies, cancer du sein, du foie, du poumon notamment.

Arnaud Rosier, cardiologue à Massy, s’intéresse, lui, aux patients ayant un pacemaker, ce dispositif implanté dans le cœur qui envoie des impulsions électriques pour stimuler les muscles cardiaques. « Concrètement, une box récupère les informations et les affiche sur les sites de chaque fabricant », explique ce médecin, cofondateur d’Implicity. Celui-ci précise qu’un tel suivi, personnalisé et en temps réel, serait tout simplement impossible sans recourir aux nouveaux outils numériques. Or, cette télésurveillance a fait ses preuves : la mortalité des patients baisse de 40 %. Concrètement, Implicity propose une plate-forme universelle où sont récupérées les données de tous les fabricants, recoupées avec les données médicales. Ensuite, l’ensemble de ces données sont filtrées et analysées de manière intelligente, ce qui permet d’éviter 90 % des fausses alertes et de signaler uniquement les alertes graves qui doivent faire l’objet d’une prise en charge rapide.

Il y a deux ans, une équipe de recherche de la faculté de médecine de l'Université de Stanford et de Berkeley en Californie a présenté un bracelet capteur révolutionnaire qui combine une nouvelle génération de microcapteurs et de microprocesseurs. Ce bracelet, capable d'analyser très rapidement la sueur, pourrait révolutionner les diagnostics médicaux et permettre un traitement plus efficace de pathologies comme la mucoviscidose ou le diabète (Voir les articles de Nature de janvier 2016 et de PNAS de février 2017).

Ce capteur analyse les composants moléculaires de la sueur et transmet, via un smartphone, les résultats au médecin-traitant. Ce nouveau capteur portable au poignet stimule les glandes sudoripares avec des micro-processeurs pour obtenir de la sueur en quelques minutes, avant de transmettre le contenu moléculaire, via un téléphone portable, à un serveur qui peut rapidement analyser les résultats. Le capteur peut détecter des ions de chlorure dans la sueur qui génèrent davantage de charge électrique. Plus la teneur de ce sel est élevée, plus la probabilité est grande que la personne souffre de mucoviscidose, précisent les chercheurs. Ce système peut aussi mesurer la teneur en glucose avec le même résultat qu'un test sanguin. Un taux élevé peut indiquer un risque de diabète. D'autres éléments moléculaires présents dans la sueur comme le sodium, le potassium et le lactate peuvent également être mesurés.

A moyen terme, d’ici 5 ans, ces microcapteurs capables de détecter et de transmettre un grand nombre d’informations sur nos constantes et paramètres biologiques seront directement intégrés dans nos vêtements. Selon le cabinet Juniper Research, le nombre de vêtements intelligents écoulés dans le monde devrait atteindre 7 millions en 2020 et approcher les 30 millions en 2022.

Mais à côté de la télésanté via les objets et vêtements connectés, le diagnostic et la télésurveillance médicale passeront également par de nouveaux outils domotiques à présent compacts, fiables et peu onéreux qui feront leur entrée dans nos habitations. Parmi ceux-ci, les toilettes sont appelées à tenir une place centrale. Au Japon, pays en pointe dans ce domaine, la firme Toto, numéro un japonais des sanitaires, propose depuis 2010 des "toilettes intelligentes", qui fonctionnent comme un mini laboratoire médical. Pour une somme d’environ 4500 euros, ces toilettes du futur effectuent à chaque passage des mesures et analyses concernant votre poids, votre tension et les principaux composants chimiques de votre urine. Les informations précieuses ainsi recueillies sont immédiatement transmises automatiquement à votre médecin et vont alimenter votre dossier médical numérique personnel.

En Europe, un groupement de chercheurs de l’Agence spatiale européenne (ESA) et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a travaillé avec des spécialistes de l’assainissement pour concevoir « FitLoo. ». Il s’agit de toilettes high-tech capables d’analyser les excréments humains afin de détecter certaines maladies. Selon le chef de ce projet, Michael Lindenmayer, ces toilettes, qui pourraient être sur le marché dès 2020, combinent de manière innovante de nombreuses technologies dans un seul appareil et peuvent permettre de repérer et diagnostiquer très précocement certaines maladies graves, comme l’hypertension, le diabète ou certains cancers.

Cette révolution de la téléprévention et du télédiagnostic numériques n’a bien sûr pas échappé aux géants du secteur, comme Google, Microsoft ou Apple. Selon une étude publiée par Morgan Stanley, Apple pourrait voir son chiffre d’affaires dans ce domaine très porteur passer de 20 à 313 milliards de dollars en 2027. Apple Watch devrait prochainement accueillir un lecteur de glycémie, ainsi qu’un capteur de tension artérielle et de suivi du sommeil. Apple a d’ailleurs récemment annoncé avoir mis un glucomètre associé à un capteur olfactif capable de reconnaître l’odeur caractéristique de la sueur de certains diabétiques.

Au rythme où va l’innovation technologique dans ce domaine-clé de la télédétection, de la télésurveillance et de la téléalerte médicales, on peut prévoir que, d’ici à peine dix ans, des systèmes numériques très fiables et très rapides seront non seulement présents dans tous les cabinets médicaux et hôpitaux, mais seront également, dans des versions « allégées », disponibles sur le marché grand public. Ces dispositifs et systèmes numériques ultraminiaturisés et communicants, qui surveilleront de manière très efficace et en permanence notre santé, se fonderont littéralement dans notre environnement et notre vie quotidienne – dans nos vêtements, nos habitations, nos voitures, nos smartphones – et, comme pour l’Internet, nous nous demanderons comment nous avons pu nous en passer, tellement leurs fonctions nous paraîtront utiles et naturelles.

L’ensemble de ces nouveaux outils et services bouleverseront la prise en charge de la maladie mais également du handicap et de la dépendance et permettront l’extension à un niveau jamais atteint de l’hospitalisation et du maintien à domicile des personnes âgées et fragiles. Mais surtout, cette révolution scientifique et technologique nous fera entrer dans l’ère de la médecine préventive, prédictive et proactive, une médecine capable à la fois de prévenir infiniment plus efficacement les grandes pathologies qui nous menacent et de soigner ces maladies avant même que nous ne soyons malades…

Face à ce saut scientifique, nous avons le devoir de veiller à ce que la soif de justice sociale et d’équité territoriale exprimée avec force par nos concitoyens soit entendue. C’est pourquoi nous devons parvenir à rebâtir notre pacte social et à imaginer de nouveaux modes de financement qui permettent à tous les Français de bénéficier de ces outils qui vont constituer un formidable progrès, tant sur le plan de la médecine personnalisée que dans le domaine de la gestion collective de la santé et du bien-être.

René TRÉGOUËT

Sénateur honoraire

Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat

e-mail : tregouet@gmail.com

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