Repousser les frontières du génie biomédical pour vaincre l'athérosclérose Abdul Barakat

Sur le plan de la recherche, la Chaire AXA a suivi trois axes majeurs, l'un fondamental par nature, les deux autres appliqués. Quelles ont été les principales conclusions ? 

Le premier domaine d'investigation dans lequel nous avons réussi concerne les cellules vasculaires et leur réponse aux forces mécaniques. Le domaine émergent de la mécano biologie se situe à l'interface de la biologie, de l'ingénierie et de la physique. Il se concentre sur l'idée que nos corps sont affectés par l'environnement mécanique dans lequel nous vivons. Grâce à cette approche, nous avons pu identifier l'implication d'une classe spécifique de protéines, les nesprines, dans la façon dont les stimuli mécaniques sont transmis de la surface des cellules endothéliales à leur noyau (les cellules endothéliales forment la barrière entre les vaisseaux sanguins et les tissus et contrôlent le flux de substances et de fluide qui circule entre les deux). Il y avait une lacune dans notre compréhension de pourquoi et comment les changements dans le flux sanguin ont eu un impact sur les structures sous-nucléaires de ces cellules, un processus connu pour être impliqué dans le développement de l'athérosclérose. Le fait d'avoir identifié cette protéine comme jouant un rôle fondamental pourrait conduire à de nouvelles voies de traitement.  

Notre deuxième grande réalisation de recherche est le développement des artères artificielles (2). Elles ont la même taille que les artères humaines, elles affichent le même flux, les mêmes caractéristiques, et sont très utiles pour tester de nouveaux dispositifs médicaux et médicaments. Ils sont parfaits pour surveiller comment les interactions se produisent et comment les cellules réagissent. En règle générale, les chercheurs en médecine doivent travailler avec des tubes, puis effectuer des tests sur des animaux et finalement passer à des essais sur des humains. Nous avons estimé qu'il y avait un besoin d'un autre outil entre les tubes et les animaux de laboratoire, non seulement pour réduire les coûts, mais aussi pour aborder les considérations éthiques associées à l'utilisation d'animaux dans la recherche scientifique. Cette nouvelle plateforme a suscité beaucoup d'intérêt de la part des entreprises fabriquant des stents ou des pompes à sang et même des groupes de recherche plus fondamentaux qui étudient les caillots sanguins. Je dois également ajouter que nous avons récemment développé une version microvasculaire de cette artère artificielle.  

Enfin, la troisième constatation que je voulais mentionner concerne la conception des stents (structures en treillis métallique ou polymère qui sont insérées dans un vaisseau pour maintenir le passage ouvert). En utilisant une approche biomécanique, nous avons montré que la forme des stents, en perturbant le flux sanguin, affecte le processus de guérison vasculaire, ainsi que l'efficacité des médicaments (3). Sur la base de principes d'ingénierie, nous avons démontré que, par rapport à la conception croisée traditionnelle, une conception de stent en spirale réduirait ces risques. 

Un aspect important de la Chaire AXA concerne les activités de transfert de technologie. Pouvez-vous nous en dire plus sur la start-up Sensome, anciennement Instent, et le fil de guidage connecté que vous avez aidé à développer ? 

Sur les 7 millions de stents qui sont implantés dans les artères des personnes chaque année, environ 10% ou environ 700 000 entraînent des complications. Ce constat nous a conduit, avec l'un de mes anciens élèves, Franz Boszak, à l'idée de stents connectés, des dispositifs capables de détecter ces complications et d'envoyer des alertes au monde extérieur. Ensemble, nous avons lancé la start-up Instent en 2014. Nous avons reçu dans un premier temps beaucoup d'investissements, ce qui nous a permis de développer le stent et les capteurs. Cependant, en raison du coût élevé attendu des essais cliniques, le projet est actuellement en pause. Cet échec nous a conduit à repenser notre stratégie, à renommer la société Sensome, et à converger vers une autre application très prometteuse pour nos recherches : un fil de guidage intelligent pour aider au traitement rapide des accidents vasculaires cérébraux (4). L'idée était simple : utiliser les mêmes capteurs que ceux développés pour Instent, mais cette fois pour identifier le type de caillot sanguin bloquant une artère en cas d'AVC. Saviez-vous que seul un tiers des patients victimes d'un AVC se rétablissent complètement, un autre tiers meurent et les autres souffrent d'une invalidité à long terme, principalement en raison du temps nécessaire pour identifier le type de caillot bloquant le cerveau, ce qui nécessitera une approche thérapeutique différente. Notre appareil, en réduisant considérablement le temps qu'il faut habituellement pour déterminer la composition du caillot, peut améliorer la vie et la santé. Nous menons actuellement des essais sur les animaux et devrions passer à des essais sur l'homme à la fin de l'année 2020, pour une commercialisation d'ici début 2022. 

Depuis votre arrivée à l'École polytechnique, vous vous êtes engagé à lancer un programme de génie biomédical (BME) pour les étudiants. Dans quelle mesure êtes-vous dans ce processus ? 

Quand j'ai déménagé en France en 2010, j'ai vu que beaucoup d'étudiants de Polytechnique s'intéressaient à la biologie et à la médecine, et j'ai senti que c'était le meilleur endroit pour démarrer un programme de BME en France, ayant observé son succès aux États-Unis. J'ai commencé par démarrer un nouveau cours, en 2010, puis un autre en 2013. En 2015, nous avons lancé un programme de master. Et maintenant, fin 2020, nous lançons un programme de 5 ans encore plus large, intégrant un programme de master et un doctorat. En parallèle, je suis également impliqué dans la création d'un Centre Interdisciplinaire de Bio ingénierie et Sciences Mathématiques du Vivant avec IP Paris, un groupe d'écoles d'ingénieurs. 

Un lien entre votre recherche et la COVID19 ? 

Je n'ai pas encore travaillé sur la COVID-19, mais j'y pense sérieusement. Les patients atteints de la maladie développent des complications de caillots sanguins. Les cellules endothéliales et leur réaction aux facteurs mécaniques doivent jouer un rôle dans la manière dont le virus pénètre dans notre système. C'est quelque chose qui nous intéresse vraiment au laboratoire et nous pensons pouvoir faire la lumière sur les mécanismes en jeu. 

Après 10 ans en France, avez-vous remarqué un changement dans la façon dont les chercheurs et les médecins perçoivent la recherche multidisciplinaire comme le BME ? 

Au niveau des biologistes, il y a nettement plus d'ouverture. Les revues de biologie de base, comme Journal of Cell biology, consacrent désormais des numéros entiers à la mécanique. C'est devenu l'un des sujets d'actualité. C'est également vrai pour les médecins. J'ai vu une différence dans leur ouverture à travailler avec des physiciens et des ingénieurs. L'ingénierie biomédicale, en tant que discipline académique organisée, en revanche, fait encore défaut en France, mais c'est là que notre programme peut changer les choses. 

D'un point de vue personnel, de quelle réalisation êtes-vous le plus fier ? 

Les personnes que j'ai rencontrées et avec lesquelles j'ai travaillé, les étudiants diplômés et les post-doctorants en particulier. Ils sont notre héritage. L'élément humain de notre travail est la chose la plus importante. Tout ce que nous faisons concerne les gens. Lorsque vous dirigez un tel programme, vous êtes confié à l’avenir des étudiants que vous accueillez. Ils doivent repartir avec le plus possible pour l’avenir, afin qu’un jour ils puissent nous surpasser.

Quel rôle AXA a-t-il joué dans la réussite du projet ? 

La Chaire AXA a été instrumentale dans nos recherches sur l'athérosclérose, nous fournissant des ressources extrêmement utiles. Le programme de Chaire AXA a également contribué à attirer d'excellents étudiants. Ils savaient que lorsqu'ils postulaient ici, ils venaient dans un laboratoire bien financé. Cela leur a donné la flexibilité et la liberté qu'ils auraient eu du mal à trouver ailleurs. Pour cela, je suis très reconnaissant. Le travail accompli par le Fonds AXA pour la Recherche est essentiel. 

Quelle est la prochaine ? Allez-vous dans une nouvelle direction de recherche ? 

Tout ce que nous avons fait jusqu'à présent tourne autour des maladies cardiovasculaires, mais nous nous embarquons maintenant dans un autre énorme problème de santé : la maladie d'Alzheimer (MA). Deux de nos doctorants vont dans cette direction. Jusqu'à présent, nous avons principalement imputé la MA sur les protéines qui forment des lésions dans le cerveau. Au cours des dernières années, de nombreux efforts ont été déployés pour développer des médicaments pour résoudre ce problème de protéines, mais la vérité est qu’ils n’ont pas amélioré les résultats des patients. Cependant, motivée par des observations, une nouvelle hypothèse vasculaire et mécanique émerge. Il s'avère que les patients atteints de MA ont un flux sanguin cérébral réduit et un cerveau mécaniquement plus mou. Nous pensons que notre expertise peut aider à faire la lumière sur les facteurs mécaniques impliqués dans les maladies neurodégénératives dont la MA. 

(1)  https://www.who.int/health-topics/cardiovascular-diseases/#tab=tab_1

(2)  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5221533/

(3)  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26821272/

(4)  https://www.sensome.com/

 Novembre 2020