Le patient simulé

Les énormes progrès de la médecine moderne nous permettent d'offrir aux patients une meilleure qualité de vie, même en cas de maladie grave. Les opiacés synthétiques, par exemple, peuvent être utilisés pour contrôler la douleur, même sévère, lors d'un cancer. Cependant, le dosage exact reste un défi. Les analgésiques, tels que le fentanyl, doivent être administrés précisément pour être efficaces sans nuire aux personnes qui en souffrent, avec des effets secondaires parfois mortels. Actuellement, l'un des moyens d'administration de ces analgésiques est un patch cutané contenant le médicament- une méthode douce qui permet aux patients de reprendre leur vie quotidienne. Cependant, le dosage approprié ne peut être qu'éprouvé. Les réactions à un sous-dosage ou à un surdosage ne peuvent être déterminées qu'a posteriori, lorsque le médicament a quitté le patch depuis longtemps.

Il faut maintenant que cela change : Afin de pouvoir déterminer le dosage des analgésiques et le maintenir constant pour chaque patient dans le sens d'une médecine personnalisée, les chercheurs de l'Empa, en collaboration avec une équipe de l'Université de Berne, utilisent le domaine de recherche novateur des sciences informatiques et des données. L'équipe dirigée par Thijs Defraeye du laboratoire "Membranes et textiles biomimétiques" de l'Empa à St-Gall utilise la modélisation multiphysique pour développer un jumeau numérique du corps humain, qui permet de contrôler et de prévoir le déroulement de la thérapie.

Déjà 100 avatars traités

Dans les modèles mathématiques sur lesquels repose le jumeau numérique complexe, les chercheurs ont pris en compte un grand nombre de variables provenant de personnes réelles, telles que l'âge et le mode de vie. En effet, l'effet d'une drogue est influencé par une multitude de paramètres physiques qui peuvent varier considérablement d'un individu à l'autre. "Lorsque nous créons un avatar, nous prenons en compte, par exemple, la manière dont le médicament est métabolisé dans le corps vivant pendant le traitement et la quantité qui arrive finalement au centre de la douleur dans le cerveau de la personne", explique le chercheur de l'Empa, Thijs Defraeye.

Pour garantir que le dosage est non seulement sûr, mais qu'il permet également d'obtenir l'effet souhaité, le jumeau in silico peut également recevoir un retour d'information physiologique et psychologique de la part de vrais patients. Par exemple, les humains fournissent des informations sur le fait de savoir s'ils continuent à percevoir la douleur et à quelle intensité. La durée de la période sans douleur est particulièrement intéressante à cet égard. Tous les jours ne sont pas bons et la vie est pleine d'imprévus, la perception effective de la douleur par la personne concernée varie donc également beaucoup, ce qu'une visite chez le médecin toutes les deux semaines ne peut pas régler. "Grâce à ce retour de l'humain, l'avatar peut ajuster dynamiquement la thérapie et même en prédire le déroulement", explique Flora Bahrami, chercheuse à l'Empa. À l'avenir, les capteurs mesureront également d'autres paramètres physiologiques tels que le rythme cardiaque ou respiratoire en temps réel et en feront rapport à l'avatar.

Plusieurs centaines d'avatars personnalisés de ce type ont été créés jusqu'à présent et des procédures de thérapie individuelle ont été testées virtuellement en collaboration avec l'hôpital cantonal de Saint-Gall. "Nous avons déjà pu montrer que les programmes de traitement optimal pour les femmes et les hommes, ainsi que pour les jeunes et les personnes âgées, diffèrent de manière significative", explique Flora Bahrami.

Ici, la thérapie de la douleur par patchs transdermiques n'est que le début du traitement assisté par l'avatar : En collaboration avec des cliniques et des hôpitaux, les chercheurs de l'Empa veulent maintenant optimiser d'autres thérapies comme l'administration d'insuline pour le diabète en utilisant des jumeaux numériques.

La numérisation contre le gaspillage alimentaire

La numérisation peut permettre des avancées majeures non seulement en médecine, mais aussi dans d'autres domaines - comme la technologie alimentaire. Tout récemment, l'équipe de l'Empa dirigée par Thijs Defraeye a reçu un prix dans le cadre du défi "Inclusive Growth and Recovery Challenge" de data.org. Ce prix prestigieux est parrainé par la Fondation Rockefeller et le Mastercard Center for Inclusive Growth. L'objectif du projet conjoint avec la Fondation BASE (Agence de Bâle pour l'énergie durable) est d'utiliser des modèles informatiques et des applications mobiles pour promouvoir l'agriculture durable et améliorer la situation écologique et économique des petites exploitations agricoles dans les pays en développement. Le facteur décisif est ici le traitement des données et la modélisation des paramètres de l'agriculture, de la technologie et des conditions économiques actuelles afin de permettre aux petites exploitations agricoles de gérer leurs produits avec prévoyance et en temps réel. En effet, dans les pays en développement, jusqu'à 60 % des récoltes de ces exploitations doivent être éliminées car les fruits et légumes pourrissent avant d'arriver sur le marché.

Les chercheurs veulent contrer cet immense gaspillage alimentaire. "A la fin de ce développement technologique, il devrait y avoir une application pour les téléphones portables qui soutient l'utilisation durable des ressources pendant le stockage, la réfrigération et la vente des marchandises", déclare la chercheuse de l'Empa Seraina Schudel. Ce projet de grande envergure fournit aussi aux chercheurs de l'Empa une excellente base pour développer le domaine des sciences informatiques et des données, et en particulier les jumeaux numériques, pour diverses applications.