Lutter 'créativement' contre le cancer

Si j'étais fortunée (ou si je le deviens), je prendrais 5 millions de dollars et je les offrirais au professeur Sylvain Martel sans rien lui demander en retour. Sauf peut-être un reçu d'impôt pour un don pour la recherche qui lutte contre le cancer.

Lorsque j'enseigne la créativité et l'innovation aux doctorants de l'École Polytechnique de Montréal, j'ai un rêve secret. J'espère toujours que certains d'entre eux auront la passion et le courage de changer le monde 'positivement' par leurs recherches et leurs découvertes.

Mon travail consiste à leur donner des clés et des méthodes pour les encourager à bien se connaître, car sans motivation intrinsèque, point de succès possible ; à cultiver un état d'esprit créatif, curieux et ouvert ; à développer des compétences individuelles et collectives qui leur permettront de réussir ; à bien maîtriser les connaissances dans leur domaine et les outils et procédés qui les mèneront à bon port. Et surtout ne jamais oublier d'Apprendre à apprendre, la clé de tout !

Passion, obsession, courage et persévérance...  sont les expressions qui reviennent sans cesse dans les histoires de découvertes et d'innovations. Il ne faut jamais baisser les bras quand des nuages noirs se pointent à l'horizon, et se rappeler que seul, on ne peut rien, nous avons besoin des autres pour avancer.

Un homme incarne toutes ses qualités ! Il s'agit du professeur Sylvain Martel qui a reçu son doctorat en génie électrique de l'Université McGill, de l'Institut de génie biomédical, Montréal en 1997. Après des études postdoctorales à l'Institut de technologie du Massachusetts (MIT), il a été nommé chercheur au Laboratoire Bioinstrumentation, Département de génie mécanique au MIT. De février 2001 à septembre 2004, il a eu deux nominations au MIT et était professeur adjoint au Département de génie électrique et informatique, et de l'Institut de génie biomédical à l'École Polytechnique de Montréal (EPM). Il est actuellement professeur au Département de génie informatique et de l'Institut de génie biomédical, et directeur du Laboratoire de NanoRobotique au EPM qu'il a fondée en 2002.

Le professeur Martel, titulaire de la Chaire de recherche du Canada (CRC) Micro / nanosystèmes développement, fabrication et validation depuis 2001, a rédigé plus de 200 publications scientifiques, détient plusieurs brevets et donne de  nombreuses conférences chaque année. Il est un membre actif dans de nombreux comités internationaux et organisations à travers le monde. Son expertise principale est dans le domaine de la nanorobotique, micro- et nano-systèmes, et le développement de nouvelles plates-formes instrumentées et une variété de technologies de soutien connexes, ciblée principalement pour des applications biomédicales et de la bioingénierie et nanotechnologie. Il possède une vaste expérience dans l'électronique, l'ingénierie informatique, et a également beaucoup travaillé en génie biomédical et mécanique.

Dans le passé, M. Martel a développé plusieurs systèmes innovants dont le premier ordinateur parallèle spécialisé pour les micro-interventions chirurgicales à distance, de nouveaux systèmes médicaux utilisés dans le monde entier pour les applications cardiaques directes isochrones et isopotentielles capables d'opérer sous défibrillations cardiaques et permettant de guider les cardiologues afin de mieux comprendre ce qui cause des morts subites cardiaques et la fibrillation auriculaire. Il a développé de nouveaux types d'ordinateurs et réseaux, des centaines d'autres systèmes électroniques, y compris les systèmes de contrôle en réseau dynamiquement reconfigurables, et développé avec des neurologues de renommée internationale à l'Université Brown, de nouveaux implants cerveau-machine et des interfaces.

Impressionnant, n'est-ce pas ? Malgré toutes ses occupations, il a eu la générosité de s'entretenir plus d'une heure avec mes étudiants. Le professeur Martel explique qu'il ne pratique pas de micro-management, les étudiants qui constituent l'équipe de son laboratoire ont chacun leur discipline et leur sujet de recherche. Ils sont encouragés à être autonomes et à prendre des initiatives si cela peut faire avancer les résultats globaux du laboratoire. Assisté de son bras droit, Charles Tremblay, il joue le rôle d'un chef d'orchestre auprès d'une équipe hautement multidisciplinaire.

Le CREP est affilié au Département de Génie Informatique, à l’institut d’Ingénierie Biomédicale, ainsi qu’à divers groupes et réseaux de recherche incluant le Groupe de Recherche en Science et Technologies Biomédicales, le réseau de chercheurs de l’Institut de Robotique et Systèmes Intelligents (IRIS), le Regroupement Stratégique en Microélectronique du Québec (ResMIQ), le Groupe de Recherche en Microélectronique et le Centre pour la Bio-reconnaissance et les Bio-capteurs.

Le CREP est affilié au Département de Génie Informatique, à l’institut d’Ingénierie Biomédicale, ainsi qu’à divers groupes et réseaux de recherche incluant le Groupe de Recherche en Science et Technologies Biomédicales, le réseau de chercheurs de l’Institut de Robotique et Systèmes Intelligents (IRIS), le Regroupement Stratégique en Microélectronique du Québec (ResMIQ), le Groupe de Recherche en Microélectronique et le Centre pour la Bio-reconnaissance et les Bio-capteurs.


Le cancer, l'affaire de tous !

Nous sommes tous concernés par le cancer. L'American Cancer Society rappelle qu'un homme sur deux et une femme sur trois risquent de développer un cancer au cours de sa vie.  

Des solutions existent bien sûr. Mais les thérapies actuelles, quelles qu'elles soient (chirurgie, radiation, chimiothérapie, hormonothérapie, etc.) sont loin de garantir la guérison et présentent toutes des effets secondaires importants. 

Ces thérapies déploient une panoplie d'agents thérapeutiques à travers l'ensemble de l'organisme pour n'atteindre qu'une seule chose : la tumeur cancéreuse. Faute de pouvoir cibler de manière précise la zone infectée, elles inondent tout le corps d'agents thérapeutiques qui ont des effets nocifs considérables sur les zones saines.

Il n'est pas facile de cibler les tumeurs cancéreuses. Il existe trois stratégies de ciblage pour acheminer les agents thérapeutiques : (1) accéder le plus près possible de la tumeur à l'aide d'un cathéter, (2) injecter les agents et moduler le flux sanguin, (3) recourir à des microparticules magnétiques thérapeutiques pour transporter les médicaments vers la zone visée. 

L'équipe du professeur Sylvain Martel, directeur du laboratoire de Nanorobotique de l'École Polytechnique de Montréal a opté pour la troisième voie et utilise de tout petits transporteurs qui sont introduits dans le réseau sanguin. 

Concevoir de tels transporteurs n'est pas une sinécure. Le cahier des charges est pour le moins exigeant :  
(1) Tout d'abord la taille : quelques microns tout au plus — il est nécessaire que les microtransporteurs puissent voyager à l'intérieur de vaisseaux sanguins très étroits.  

(2) Les microtransporteurs doivent être dotés d'un dispositif de guidage externe puisqu'ils ne disposent pas de l'information nécessaire pour se rendre d'eux-mêmes à l'endroit où se trouvent les tumeurs.

(3) Même s'ils ne connaissent pas d'avance leur destination, ils doivent quand même posséder une certaine autonomie pour pouvoir naviguer à vue — sans instruments en quelques sorte — afin de contourner les obstacles et pouvoir bifurquer au bon endroit au fur et à mesure de leur progression. 

(4) Ils doivent disposer de l'énergie requise pour ne pas tomber en panne en cours de route.

(5) Ils doivent évidemment pouvoir embarquer la trousse de molécules requises pour éliminer les cellules cancéreuses une fois arrivées sur place. 

(6) Et ils doivent être dotés d'une puissance de propulsion suffisante pour finalement se faufiler à l'intérieur d'une tumeur, là, où justement les agents thérapeutiques traditionnels ont de la difficulté à pénétrer.  

À l'heure actuelle, cette liste d'exigences va bien au-delà de ce qu'un ingénieur en robotique est en mesure de réaliser. L'équipe du professeur Martel a alors songé à demander l'aide d'un petit transporteur biologique déjà existant : une bactérie magnétotactique appartenant à la souche MC-1. Elle a un diamètre de un à deux microns et dispose de deux flagelles très efficaces et d'un petit moteur rotatif qui lui permet de se déplacer avec une grande rapidité. Outre sa forme ronde, ce qui la rend encore plus sympathique est le fait qu'elle ne présente aucun problème de toxicité. 

Bref, la bactérie MC-1 est un candidat prometteur ! Selon le professeur Martel, l'équiper des agents thérapeutiques ne présente pas de problème majeur, mais lui indiquer la route à suivre est plus compliqué. La bactérie possède une chaîne de nanoparticules d'oxydes de fer sensibles à des champs magnétiques de faible intensité. Il ne lui manque qu'une boussole. C'est sur le patient lui-même et plus spécifiquement à l'endroit même où se situe la tumeur qu'on installe ce qui deviendra le pôle magnétique, la boussole qui orientera la bactérie dans sa course. 

Le voyage peut commencer. On doit prendre quelques précautions et se munir d'un dispositif d'aide à la navigation assez complexe. Les bactéries sont d'abord injectées dans le système sanguin à l'aide d'un cathéter, le plus près possible de la tumeur à traiter. Il y a de bonnes raisons à cela : 

(1) Éviter que les bactéries s'essoufflent dans des vaisseaux trop larges et soient emportées dans d'autres circuits sanguins éloignés de la tumeur. 

(2) S'assurer que la distance à parcourir ne soit pas trop longue, car la bactérie perd sa mobilité 40 minutes environ après sa mise en opération. Cela dit, cette limitation est positive, car cette courte période de temps empêche les bactéries de se reproduire.

Pour mettre toutes les chances de leur côté, les chercheurs enferment au préalable les bactéries dans un petit transporteur, un minuscule cargo, qui leur assure un voyage en toute sécurité jusqu'à leur libération à proximité de la tumeur. 

Ensuite un système d'imagerie par résonance magnétique, un scanner IRM, est utilisé comme système de guidage. Mais étant donné que l'aimant d'un scanner IRM est beaucoup trop gros pour être déplacé, un robot prend en charge le déplacement du patient et module en 3D le champ magnétique de guidage des bactéries. 

Le professeur Martel ne cache pas son admiration devant l'engin de locomotion de MC-1. Cet engin est le résultat de millions d'années d'évolution. Ce véritable tandem de création — ce co-design homme nature — nous rappelle que nous faisons partie intégrante du vaste et complexe écosystème dans lequel nous évoluons. 

Nous avons intérêt à faire équipe avec la Nature, à apprendre du savoir-faire qui nous entoure dans la nature et de celui qui est en nous. 

Si jamais vous avez quelques millions à investir pour le bien commun... voici un projet et une cause qui le méritent. Le professeur Martel aurait pu rester au MIT, mais il a préféré mener son combat depuis l'École Polytechnique de Montréal. Jusqu'à ce jour, il a obtenu plus de 22 millions pour ses recherches... il est maintenant près du but. 

Un apport des quelques millions manquants permettra d'expérimenter la nouvelle plateforme avec des médecins...  on y est presque. Ensuite, le grand défi sera de faire évoluer les mentalités. Le monde est en mutation profonde, il est parfois difficile pour les institutions et les corporations d'assimiler rapidement des changements si importants...  pourtant l'innovation radicale, c'est l'avenir de tous ceux qui réussiront dans ce monde en mutation. 

Parfois, on lit l'histoire de chercheurs extraordinaires qui ont contribué à améliorer le monde dans lequel on vit aujourd'hui... imaginez le jour où nous avons la chance d'en côtoyer un. Le Dr Sylvain Martel représente la synthèse 'vivante' de tout ce que j'enseigne... vous comprenez maintenant pourquoi si j'avais 5 millions, je serais heureuse de contribuer, de manière infinitésimale, à ses recherches.

Pour mieux comprendre la complicité entre nature  robotique sur laquelle mise le professeur Sylvain Martel, lire le post : Nous sommes tous des bactéries  et, pour l'expliquer aux plus petits, lire le conte : NIna sauve une vie.


Sources :
http://wiki.polymtl.ca/nano/fr/index.php/Laboratoire_de_NanoRobotique

Pour aller plus loin, lire les articles du Dr Martel :

Journal of Controlled Release, 2015
Remote control of the permeability of the blood — brain barrier by magnetic hearing of nanoparticles: A proof of concept of brain drud delivery.

Future Science, 2014
Magnetic therapeutic delivery using navigable agents.

IEEE PULSE, 2014
Presenting a New Paradigm in Cancer Therapy

IEE Control Systems Magazine, 2013
Magnetic Navigation Control of Microagents in the Vascular Network