Une météorite s'abat sur la tête

Il y a quelques instants, tout semblait normal et, d'un instant à l'autre, des zones du cerveau sont bloquées : Lorsqu'un caillot obstrue un vaisseau sanguin, l'approvisionnement en oxygène des cellules nerveuses est interrompu et les personnes concernées subissent une attaque cérébrale aiguë. Cet état qui met la vie en danger peut se manifester de différentes manières : des paralysies musculaires à la perte de conscience en passant par des pertes d'audition ou de vision. Mais une chose est toujours claire : il s'agit d'une urgence médicale et le temps nécessaire à la levée du blocage vasculaire doit être le plus court possible afin de sauver le plus grand nombre possible de cellules nerveuses de la mort. C'est la seule façon d'éviter des dommages neurologiques permanents.

Il n'est pas toujours facile de déterminer dans l'urgence quelle est la méthode de traitement la plus appropriée. En se basant sur l'analyse des rayons X et la microscopie électronique, une équipe de l'Empa, de la clinique Hirslanden et de l'Hôpital universitaire de Genève développe actuellement une méthode qui devrait permettre d'identifier le traitement optimal en un temps record. Une première étude vient d'être publiée dans la revue spécialisée Scientific Reports. Ces données doivent servir de base à un traitement sur mesure dans l'esprit de la médecine personnalisée.

Scruter chaque cellule individuellement

La raison : tous les caillots sanguins ne se ressemblent pas ; selon leur type, différents types de cellules peuvent s'y agglutiner. Selon que les globules rouges ou blancs dominent ou que la proportion de fibres de fibrine contenant des protéines est élevée, le thrombus présente des caractéristiques très différentes. De plus, les thrombus se distinguent fortement les uns des autres par leur forme. Un thrombus de 15 millimètres de long, qui ne remplit pas entièrement un vaisseau sanguin, a des propriétés mécaniques différentes de celles d'un caillot de quelques millimètres, mais qui obstrue complètement un vaisseau et paralyse l'approvisionnement en sang des zones cérébrales situées en aval. Le traitement optimal dépend de ces différences, qu'il s'agisse de la dissolution médicamenteuse du caillot ou de l'utilisation d'un stent retriever, une sorte de minuscule hameçon qui permet de «pêcher» le thrombus dans le vaisseau sanguin et dont le matériau peut être choisi différemment selon le thrombus.

En radiologie, on compte actuellement sur les tomographies traditionnelles pour prendre une décision thérapeutique. Toutefois, les images de la tête des personnes concernées ne permettent pas de tirer beaucoup de conclusions sur les détails d'un caillot, car les objets constitués de matériaux similaires ne se distinguent pas assez les uns des autres et ne peuvent pas être résolus dans l'espace. Dans le quotidien clinique, il faut en outre se contenter de détails limités à 200 micromètres.

Il en va autrement des méthodes de laboratoire utilisées par les chercheurs dans le cadre de la nouvelle étude : L'équipe à laquelle participent Robert Zboray, Antonia Neels et Somayeh Saghamanesh du Center for X-Ray Analytics de l'Empa a examiné différents caillots sanguins prélevés sur des patients lors d'interventions neurochirurgicales. Pour ce faire, elle a combiné différentes technologies de laboratoire, ce qui a permis d'obtenir des résultats virtuels en 3D avec des caractéristiques détaillées et jusqu'ici inconnues des caillots sanguins. «Nous avons passé en revue des globules rouges individuels au moyen de la micro-tomographie 3D, avec une précision de l'ordre du micromètre», explique Robert Zboray, chercheur à l'Empa. De telles tomographies utilisant des procédés à contraste de phase produisent un contraste plus fort. Les objets facilement pénétrables, comme les muscles, les tissus conjonctifs ou les caillots sanguins, peuvent ainsi être représentés avec des nuances particulièrement fines et dans leur extension spatiale.

D'autres technologies comme la microscopie électronique à balayage et les procédés de diffraction et de diffusion des rayons X ont fourni des informations supplémentaires jusqu'aux structures atomiques. Il est apparu ici pour la première fois qu'un thrombus n'est pas seulement composé de cellules sanguines et de filaments de fibrine, mais qu'il peut même être parsemé de minéraux tels que l'hydroxyapatite, comme on le connaît des parois vasculaires dans la calcification des artères.

Ces informations détaillées sur les caractéristiques d'un caillot de sang arrivent toutefois trop tard, lorsque le thrombus a déjà été retiré chirurgicalement. De plus, les données nouvellement acquises ne peuvent pas être comparées au premier coup d'œil avec les images et les résultats habituels à l'hôpital. La numérisation de la médecine permet toutefois de modéliser les données de telle sorte qu'un algorithme pourrait à l'avenir lire les informations détaillées. «Pour ce faire, nous devons encore examiner un grand nombre de thrombus afin de pouvoir reconnaître, grâce au Machine Learning, de nouvelles caractéristiques et de nouveaux modèles d'image concernant la composition du caillot, qui pourront ensuite être transférés sur des images hospitalières et faciliter ainsi l'identification des types de thrombus», explique Robert Zboray.

Selon l'objectif des chercheurs, les images hospitalières traditionnelles pourraient alors être interprétées en très peu de temps comme si le caillot de sang dans la tête avait été examiné dans un laboratoire virtuel. En fin de compte, cela permet au patient victime d'une attaque cérébrale de bénéficier d'une thérapie plus précise et personnalisée en temps réel.