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Intel Corporation travaille avec l’ARC Innovation Center du Sheba Medical Center en Israël pour développer une application améliorée par l’IA pour aider les médecins à diagnostiquer la maladie de Crohn à un stade précoce. 12 000 images prises par une « pilule capsule » peuvent être analysées en seulement deux minutes.

Sheba a développé une application unique en son genre qui, selon elle, peut analyser rapidement et avec précision des données vidéo étendues du système digestif d’un patient capturées sur des caméras vidéo à capsule, fournissant des informations précieuses pour aider les professionnels de la santé.

L’algorithme basé sur l’intelligence artificielle de la solution, optimisé par les technologies matérielles et logicielles d’Intel, est conçu pour aider les cliniciens à identifier les symptômes de Crohn tels que l’inflammation et les ulcères, ainsi qu’à prédire la gravité d’un cas et à identifier les besoins de traitement du patient.

Selon Sheba, non seulement cette capacité prédictive aidera les équipes médicales à fournir des soins optimaux et personnalisés aux patients atteints de la maladie de Crohn, mais elle peut également aider à réduire les risques de complications médicales graves, d’hospitalisation et d’interventions chirurgicales invasives pour ces patients.

« Je cherchais moins le contact direct avec les patients, et plus le développement de traitements. La pharmacie me semblait une profession intéressante et importante avec du travail.

Qu’est-ce qui, chez ce patient de la pharmacie, vous a poussé à passer à la recherche ?

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« Au-delà du lien personnel, ce patient avait un cancer d’un type considéré comme pouvant être traité, et non d’un type mortel où il n’y a aucune chance de l’aider. Par conséquent, j’étais triste de le voir dans son état, sachant que tout cela aurait été évité s’il avait été diagnostiqué plus tôt, et non à un stade avancé avec des métastases. Je me sentais impuissant car je n’avais aucun moyen de l’aider.

Comment un pharmacien en arrive-t-il à développer des puces dans la recherche sur le cancer ?

« Il s’agit en effet d’une transition non triviale », explique le Pr Benny, chef du laboratoire de nanomédecine à l’École de pharmacie de la Faculté de médecine de l’Université hébraïque et superviseur de Steinberg. « Eliana est sur une voie d’excellence en nanotechnologie, dont l’une des forces est d’exposer les étudiants à un grand nombre de disciplines liées aux matériaux et à l’ingénierie.

Selon le professeur Benny, « mais son cas est bien plus que cela – c’est une personne déterminée et créative. Si quelque chose ne fonctionne pas, elle trouvera un moyen de le faire fonctionner. Si une porte lui est fermée, elle entre par la fenêtre. C’est quelque chose que tous les élèves ne savent pas faire. Et elle fusionne les bonnes et importantes bases de la pharmacie avec le domaine de l’ingénierie et les connaissances en graphisme 3D qu’elle a acquises. Le ciel est la limite pour elle.

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Steinberg a rejoint le laboratoire de Benny en octobre 2018, environ un an après que le laboratoire a commencé à développer un organe sur puce, et a contribué à une impulsion significative à la recherche. « Ma technologie permet d’ajuster la taille de la puce exactement à la quantité de tissu que je veux tester, et à la quantité de chimiothérapie dont j’ai besoin pour tester dans différentes combinaisons et concentrations », explique-t-elle, « c’est une méthode très pratique qui est ajusté exactement à chaque expérience.

La méthode de création des sphéroïdes – ces tissus reconstruits qui sont produits en laboratoire à partir de chaque cellule cancéreuse prélevée sur le patient – n’est pas non plus évidente.

« Les sphéroïdes, qui se forment généralement en une journée, peuvent être produits à l’intérieur de la puce ou insérés dans la puce depuis l’extérieur », explique Benny. «La structure de la puce que nous avons développée et les matériaux font que les cellules cancéreuses préfèrent se coller les unes aux autres au lieu de se propager sur une surface, de sorte qu’elles produisent de manière autonome une structure sphérique tridimensionnelle, au lieu de la structure des cellules sur une surface qui est commun dans les expériences.

Benny souligne : « Il s’agit d’une différence essentielle, car dans la structure sphérique, elles commencent à se comporter de la même manière que les cellules cancéreuses se comportent dans le corps en termes de métabolisme, d’oxydation, etc.

La puce de Steinberg a dû surmonter des obstacles techniques importants en cours de route. « On craignait que la puce ne soit toxique pour les cellules, car elle est en plastique et peut sécréter des substances toxiques pour les cellules, donc mon protocole rend les substances non toxiques », explique Steinberg.

« De plus, nous devions nous assurer que la puce était transparente afin qu’elle puisse être photographiée au microscope, trouver un moyen d’ouvrir et de retirer facilement la tumeur de la puce sans aucune fuite, et permettre aux cellules de se développer pendant un certain temps. de temps à l’intérieur. Enfin, j’ai pu développer une technologie qui permet toutes ces fonctionnalités et également imprimer la puce dans une imprimante 3D rapidement, en deux heures.

Comment un pharmacien sait-il comment concevoir une puce qui est imprimée dans une imprimante 3D ?

« J’ai étudié tout seul. Il n’y avait pas de cours de design dans mes études, alors un autre doctorant du laboratoire, spécialisé dans l’impression 3D, m’a fait découvrir cet univers. Je sens que j’ai vraiment eu de la chance parce que j’aime le design, j’aime la pensée créative, le défi de surmonter les limites de l’imprimante et de la puce, et le défi avec tout ce qu’il faut pour atteindre l’objectif. La puce étant customisée, je dois penser à chaque fois à un design différent selon les besoins de la recherche.

Vous le faites paraître simple, mais c’est vraiment complexe pour quelqu’un qui ne vient pas du domaine de l’ingénierie.

« Pour quelqu’un qui vient du monde de l’ingénierie, c’est plus facile simplement en termes de savoir utiliser le logiciel – c’est quelque chose qui m’a pris des heures au début. Mais cet ingénieur manquait encore de connaissances en biologie et surtout de la compréhension des besoins des tissus vivants. Donc, dans tous les cas, le développement de la puce nécessite de regarder les deux mondes, à la fois l’ingénierie et la biologie.

De la pharmacie à l’espace extra-atmosphérique

Malgré l’accélération de ses recherches, le domaine de « l’organe sur puce » n’en est encore qu’au début de son parcours commercial : il existe plusieurs sociétés sur le marché (principalement le néerlandais Mimetas et l’espagnol Beonchip, aux côtés de l’israélien Tissue Dynamics du Pr. Jacob Nachmias).

« L’un des inconvénients des technologies concurrentes est qu’elles nécessitent un échantillon assez important de matériel provenant de la tumeur du patient », explique Benny.

« Avec notre méthode, on maximise la surface, ce qui veut dire qu’on est capable d’utiliser une très petite quantité de tissu de manière très efficace, et on peut essayer un maximum de médicaments sur cette petite quantité. Nous avons également l’avantage de l’analyse dynamique, ce qui signifie que nous sommes capables d’examiner les tissus et de les analyser à différents moments dans le temps, ce qui a une grande importance pour examiner comment le patient réagit aux médicaments. On peut aussi jouer avec les dessins selon le besoin de la recherche – l’impression en laboratoire nous permet de contrôler des formes géométriques, ce que d’autres n’ont pas pu faire avec les méthodes standards.

Vous décrivez ici une percée.

« Il s’agit sans aucun doute d’une percée technologique, qui pourrait changer la donne dans le domaine. C’est un domaine encombré, et il y a beaucoup de recherche sur les « organes sur puce », mais nous avons de nombreux avantages uniques, nous sommes donc définitivement optimistes que notre développement donnera un coup de pouce au domaine de la prédiction des médicaments.

Les puces révolutionnaires sont maintenant en phase de validation, ayant jusqu’à présent examiné environ 30 tumeurs de patients en oncologie de l’hôpital Hadassah. « Nous continuons constamment à perfectionner le système et à le rendre encore plus sophistiqué », déclare Steinberg.

Quoi d’autre doit être amélioré?

« Principalement pour rendre la puce encore plus rapide, c’est-à-dire la réduire de deux semaines à une semaine. Pour cela, il faut passer à l’électrochimie et ajuster le modèle pour qu’il ait autant d’indicateurs précis que possible dans toutes sortes de directions.

Les patients avec lesquels Steinberg travaille à ce stade sont des patients cancéreux à un stade avancé, ceux dont les chances de survie sont faibles. Par conséquent, ses expériences testent actuellement principalement la capacité à contenir ou à ralentir la croissance.

L’un de ces patients était un garçon de 8 ans. « Il est difficile de séparer la partie scientifique pure des émotions dans un tel cas », dit-elle. « J’ai reçu du tissu tumoral du glioblastome, le cancer du cerveau le plus violent et le plus agressif, qui s’est développé en lui. Les médecins essaient donc de faire tout leur possible et ont envoyé des échantillons de la tumeur à différents laboratoires, dont le nôtre. Et pendant qu’ils attendaient toujours les résultats des autres laboratoires, nous avons déjà pu cultiver les cellules et également identifier les traitements auxquels elles ont répondu et à quoi elles étaient résistantes.

Dans un autre cas, un examen des sphéroïdes développés à partir d’un échantillon de glioblastome d’un patient a identifié une mutation dans 70% d’entre eux, qui n’a pas du tout été détectée dans la tumeur d’origine.

« Ce n’est pas que la tumeur d’origine n’avait pas du tout la mutation, car elle ne se forme pas soudainement dans les 20 jours », a expliqué le Dr Shai Rosenberg, chercheur en neuro-oncologie à l’hôpital Hadassah Ein Kerem.

« C’était simplement dans une infime minorité des cellules tumorales et la technologie a aidé à le diagnostiquer. En conséquence, nous avons recommandé un médicament qui traite cette mutation et fait des merveilles. Bien que la patiente soit déjà à un stade avancé de la maladie et n’ait vécu que deux mois de plus, nous avons pu lui apporter un certain soulagement. Steinberg et Rosenberg ont présenté le cas à la conférence de la Society for Neuro-Oncology, la conférence scientifique la plus importante au monde dans le domaine des tumeurs cérébrales.

C’est une énorme responsabilité qui repose sur vos épaules : déterminer ce qui peut sauver un patient en phase terminale.

«Je ressens définitivement le poids de la responsabilité», déclare Steinberg. « Et parfois, j’ai même un peu peur d’entendre la réponse des médecins, que nous ayons réussi ou non. Le souci de la personne à l’origine de l’expérience est constamment présent. J’étais très heureux que nous ayons pu aider ce patient d’une manière ou d’une autre. C’est très significatif pour moi.

En décembre dernier, les puces de Steinberg ont même atteint l’espace extra-atmosphérique : des sphéroïdes qu’elle a développés dans le laboratoire de la Station spatiale internationale ont été lancés dans le cadre d’un projet SpacePharma visant à tester l’effet du médicament Doxil sur les cellules cancéreuses dans des conditions d’apesanteur.

« La médecine spatiale est un domaine de recherche jeune et vraiment intéressant », déclare Steinberg. « L’idée générale est qu’à la lumière de l’intervention humaine sans cesse croissante dans l’espace et de la tendance du tourisme spatial, il est inévitable qu’il y ait aussi un cancer dans l’espace, nous voulons donc examiner comment tous ces processus se produisent en microgravité – s’ils affectent l’évolution de la maladie et son traitement.

Vous avez commencé en pharmacie et êtes allé jusqu’à l’espace. C’est très impressionnant pour un homme de 28 ans.

« Avec tout le respect que je dois à toutes les choses intéressantes et stimulantes que j’ai traversées au cours du processus, mon objectif a toujours été d’aider les gens. J’ai vraiment hâte que notre puce soit dans le domaine public. Cela va être incroyable. »

 

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