UP' Magazine L'innovation pour défi

santé innovation

L'autoguérison grâce aux nanogels

Une innovation du MIT en matière de santé personnalisée : les nanogels (treillis d’assemblage geniaux) qui délivrent la juste dose et peuvent être auto-administrés. 

Les scientifiques du Massachusetts Institute of Technology ont conçu un nouveau type d’hydrogel à usage médical. Ce gel est conçu pour délivrer la juste dose de médicaments nécessaires à un endroit précis dans le corps du patient pouvant même agir comme un dépôt de médicament à long terme et libérant une charge utile sur une période de temps spécifique. Mais la caractéristique innovante la plus importante de ce gel est sa propriété d’auto-guérison : il peut être injecté directement par une seringue.

En théorie, les gels peuvent être utiles pour délivrer des médicaments pour traiter le cancer, la dégénérescence maculaire, une maladie cardiaque ou parce qu’ils peuvent être moulés dans des formes spécifiques et conçus pour libérer leur charge utile dans un emplacement spécifique sur une période de temps spécifiée. Cependant, les gels actuels ne sont pas très pratiques car ils doivent être implantés chirurgicalement.

Or ce nouveau gel est constitué d’un réseau maillé de nanoparticules à base de polymères entrelacés à l’intérieur d’un autre polymère proche de la cellulose. « Maintenant vous avez un gel qui peut changer de forme lorsque vous l'appliquez mais surtout il peut guérir. Vous l'injectez directement avec une seringue ou une aiguille dans le corps sans chirurgie », explique Mark Tibbitt , un post-doc au MIT Institut Koch for Cancer Research intégrative et l’un des principaux auteurs d’un document décrivant le procédé dans la revue Nature Communications du 19 février 2015.

L'autre limite des hydrogels en utilisation biomédicale – telle que la fabrication de lentilles de contact souples - est qu’ils sont traditionnellement constitués de liaisons chimiques entre les polymères irréversibles, de sorte que leur forme ne peut être facilement modifiée.

La création d’un gel d’auto-assemblage

L’équipe du MIT a donc décidé de créer un gel qui pourrait survivre à des forces mécaniques fortes, appelées forces de cisaillement, encore capables de se réformer. D’autres chercheurs ont créé ces gels par ingénierie de protéines qui s'auto-assemblent en hydrogels, mais cette approche nécessite des processus biochimiques complexes. L’équipe du MIT a souhaité concevoir quelque chose de simple.

L‘approche MIT repose sur une combinaison de deux éléments facilement disponibles. L’un est un type de nanoparticules formé de copolymères PEG-PLA, d’abord développé dans le laboratoire de Langer il y a des décennies et maintenant couramment utilisées pour emballer et livrer des médicaments. Pour former le nouvel hydrogel, les chercheurs ont mélangé ces particules avec un polymère – dans ce cas, la cellulose.

Chaque forme de chaîne de polymère comporte de nombreuses liaisons faibles avec des nanoparticules, produisant un treillis tissé de façon lâche. De ce fait, chaque point de fixation est relativement faible, les liaisons risquant de se rompre sous l’effort mécanique, notamment lorsque le gel est injecté à travers une seringue. Lorsque ces forces de cisaillement sont renforcées, les polymères et les nanoparticules montés, on peut former de nouvelles pièces jointes avec les différents composants du gel.

Ces images de microscope électronique à balayage, prises à différents grossissements, montrent la puissance de ces nouveaux hydrogels en nanoparticules, interagissant avec de ongues chaînes de pokymères (Crédit photo : ©Eric Appel et Nature Communication)

L'utilisation de deux composants pour former ce gel donne également aux chercheurs la possibilité de fournir deux médicaments différents à la fois. Les nanoparticules PEG-PLA ont un noyau interne qui est idéalement adapté pour transporter les médicaments hydrophobes à petites molécules (incompatibles avec l’eau), et qui comprennent de nombreux médicaments de chimiothérapie. Pendant ce temps, des polymères existants dans une solution aqueuse, peuvent transporter des molécules hydrophiles (compatibles avec l’eau) comme les protéines, y compris des anticorps et des facteurs de croissance.

L’administration de médicaments à long terme

Avec cette recherche, les chercheurs ont montré que les gels ont survécu à l’injection sous la peau testée sur des souris et créé avec succès deux médicaments, un hydrophobe et un autre hydrophile, sur plusieurs jours.

Ce type de gel offre un avantage important par rapport à l’injection d’une solution liquide de nanoparticules de libération de drogues : une telle solution est immédiatement dispersée dans l'organisme, tandis que le gel reste en place après l’injection, ce qui permet au médicament d’être ciblé vers un tissu spécifique et évite des réactions toxiques. En outre, les propriétés de chaque composant de gel peuvent être réglées de telle sorte que les médicaments qu’ils transportent soient libérés à des vitesses différentes, leur permettant de s'adapter à tous types d'utilisations.

Traitement de l’oeil, des problèmes cardiaques et du cancer

Les chercheurs étudient maintenant l'utilisation du gel pour l'anti-angiogénèse (anti-vaisseaux sanguins de formation) et créer ainsi des médicaments pour traiter la dégénérescence maculaire. Actuellement, les patients reçoivent ces médicaments qui stoppent la croissance des vaisseaux sanguins qui interfèrent avec la vue : il faut une injection dans l’œil une fois par mois. L’équipe du MIT prévoit que le nouveau gel pourrait être programmé pour délivrer ces médicaments pendant plusieurs mois, ce qui réduit la fréquence des injections.

Une autre application potentielle pour les gels est la délivrance de médicaments pour recréer du tissu cardiaque endommagé après une attaque cardiaque.

Les chercheurs poursuivent leurs investigations vers l'utilisation de ce gel pour délivrer des médicaments contre le cancer afin de tuer les cellules tumorales encore présentes après chirurgie. Dans ce cas, le gel pourrait être chargé d'un produit chimique spécifique attirant les cellules cancéreuses ainsi que d’un médicament de chimiothérapie pour les tuer. Cela pourrait aider à éliminer les cellules cancéreuses résiduelles qui forment souvent de nouvelles tumeurs après la chirurgie.

"Une ablation de tumeur laisse toujours une cavité que vous pouvez combler avec ce type de gel, ce qui donnera un certain avantage thérapeutique sur le long terme" déclare Eric Appel. "Et nous pouvons adapter les matériaux afin de fournir le profil de médicament le plus efficace possible pour guérir les cellules."

La recherche a été financée par le Wellcome Trust, la Fondation Misrock, le ministère de la Défense, et le National Institutes of Health.

Maryline Passini, Fondatrice et directrice de l'agence de prospective Proâme

Sources : 
- Eric A. Appel, Mark W. Tibbitt, Matthew J. Webber, Bradley A. Mattix, Omid Veiseh, Robert Langer. hydrogels auto-assemblées en utilisant des interactions polymère nanoparticules. Nature Communications, 2015; 6: 6295 DOI: 10.1038 / ncomms7295. 
- New nanogel pour la  délivrance de médicament.

innovation

The voice is... Vocalys !

J.A.R.V.I.S, l’intelligence artificielle dans Iron Man, est désormais devenue réalité. 16 étudiants d’Epitech ont travaillé durant deux ans sur l’interconnexion entre les sciences humaines et la programmation. La technologie qui en résulte, Vocalys, permet de contrôler à distance des logiciels et des objets connectés par la voix, dans le langage de tous les jours.

Vocalys est un projet qui a pour objectif de rendre tout votre environnement numérique - logiciels, machines et périphériques - contrôlable par la voix. Le clavier et la souris sont si profondément ancrés dans nos habitudes que nous avons oublié à quel point ils sont limités et lents. Vocalys permet de remplacer intégralement le clavier et la souris, ou peut simplement être utilisé en tant que moyen de contrôle complémentaire. Vous alternez alors entre contrôle manuel et contrôle vocal selon vos désirs, selon vos besoins. Et où que vous soyez, vous pouvez contrôler tous vos appareils ! Chercher dans les menus est long et fastidieux. Demandez simplement ce que vous voulez, Vocalys le trouvera pour vous. Les questions "Comment on fait ?", "Où faut-il cliquer ?" ou encore "Quel est le raccourci clavier ?" n'auront plus aucun sens. Laissez tomber le manuel et les recherches rébarbatives : passez moins de temps à vous adapter à un environnement numérique en changement perpétuel, et préoccupez-vous uniquement de ce que vous voulez faire.

Pour libérer l’utilisateur de toute contrainte et éviter de lancer une application comme Siri, Vocalys est installée par défaut. Le contrôle d’un ordinateur ou d’un logiciel par la voix se fait alors facilement et rapidement.
Vocalys s’adapte à tous types de machines et peut s’étendre facilement à tous les langages. Son utilisation peut se faire en complément du duo clavier/souris, déjà inscrit dans les habitudes de chacun.

Une liberté de mouvements

Le contrôle vocal prend naturellement sens dans certaines situations :

- effectuer une action à distance,
- garder les mains libres,
- ne pas avoir à retrouver le bouton dans les menus,
- actionner plus rapidement une commande par la voix.

Vocalys est également dotée d’une voix pour demander une information ou encore poser une question si elle ne comprend pas une requête. L’équipe menée par Thomas Solignac, Epitech promo 2015, a remporté le 2e prix lors du Forum des Epitech Innovative Projects en novembre dernier.

Prochaines étapes

L'équipe de l'école Epitech souhaite maintenant que le projet soit mis sur le marché. Il leur faut :

- Signer un partenariat industriel
- Enrichir Vocalys au contact d’experts en linguistiques
- Créer une passerelle entre la recherche et le monde industriel dans le traitement automatique du langage.

Maryline Passini, Fondatrice et directrice de l'agence de prospective Proâme

innovation

Graphène " Flagship" : le matériau de demain ?

La feuille de route sur dix ans du programme de recherche européen sur le graphène "Flagship comme matériau de demain ?" vient d'être dévoilée

Dans un papier libre accès publiée le 24 février dans la Royal Society of Chemistry Journal échelle nanométrique, plus de 60 universitaires et industriels ont dévoilé leur feuille de route scientifique et technologique pour le graphène aux cristaux bidimensionnels, d’autres matériaux 2D, et des systèmes hybrides basés sur une combinaison des différents cristaux 2D et d’autres nanomatériaux. Le projet a débuté en octobre 2013 lorsque le milieu universitaire et l’industrie se sont réuni pour former le graphène phare, maintenant avec 142 partenaires dans 23 pays, et un nombre croissant de membres associés.

La feuille de route de février 2015 couvre les dix prochaines années et pose les jalons pour guider la communauté de la recherche et de l’industrie vers le développement de nouveaux produits basés sur le graphène et ses matières connexes. Et les possibilités sont énormes dans tous les domaines – Pour mémoire, le graphène possède des propriétés uniques : il conduit mieux le courant électrique que le cuivre, tout en étant 200 fois plus solide que l’acier et six fois plus léger. Il est aussi quasi transparent, n’absorbant que 2,3% de la lumière.

Le graphène et ses connexes devrait donc révolutionner de nombreux domaines par ses multiples applications. Il a le potentiel pour devenir un des matériaux phare du 21ème siècle. Il viendra compléter et parfois remplacer les substances existantes dans une gamme d’applications presentée dans l’image 2 - Par exemple, le graphène pourrait être intégré dans la photonique sur silicium, en exploitant une technologie établie pour la construction de circuits intégrés.

« La feuille de route constitue une base solide pour la communauté de graphène en Europe de planifier ses activités pour les années à venir, » dixit Jari Kinaret, directeur du graphène Flagship. « Ce ne est pas un document statique, mais évolutif pour tenir compte des progrès dans le domaine, et de nouvelles applications identifiés et poursuivi par l’industrie. »

A noter que cette feuille de route met en évidence trois grands domaines d’activité : identifier de nouveaux matériaux stratifiés, évaluer leur potentiel, et développer des moyens fiables, reproductibles et sûrs de leur production à l’échelle industrielle.

Onze thèmes scientifiques et technologiques sont identifiés et traités dans la feuille de route : la science fondamentale, la santé et l’environnement, la production, les capteurs, l’électronique flexible, la conversion et le stockage d’énergie, les matériaux composites, les dispositifs biomédicaux, les appareils électroniques, y compris spintroniques, la photonique et l’optoélectronique.

Maryline Passini, Fondatrice et directrice de l'agence de prospective Proâme

Sources :
- Andrea C. Ferrari et al. Science et technologie feuille de route pour le graphène, liée cristaux bidimensionnels, et des systèmes hybrides. Nanométrique, 2014, acceptées Manuscrit, 22 septembre 2014; DOI: 10.1039 / C4NR01600A (accès libre)
- PDF en anglais à télécharger du rapport en accès libre : http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2015/NR/C4NR01600A#!divAbstract

santé et bioéthique

Thync, le casque qui change nos humeurs à volonté

Des experts en neurosciences de Harvard, Stanford et du MIT travaillent depuis 2011 sur un casque capable de modifier nos humeurs, changer le mental. Il s’agit d’un appareil que l’on porte sur la tête, et que l’on peut contrôler grâce à une application smartphone. Adieu yoga ou substances plus ou moins licites : pour vous détendre ou vous stimuler, désormais il y a Thync !

Thync utilise un algorithme de «neurosignalement», le neurosignaling, technique qui permet de communiquer avec les connections neuronale grâce à des ondes, pour transformer l’état d’esprit de l’utilisateur. Il envoie des ondes sur des zones du cerveau spécifiques pour le faire sentir plus détendu ou plus énergique : le dispositif envoie aux nerfs crâniens des ultrasons ou des signaux électroniques à faible teneur qui sont de trois types dont on choisit la nature et l’intensité sur l’application : pour le calme, pour la concentration et pour l’énergie. En quelques minutes, l’utilisateur peut ainsi influer sur son humeur.
Thync est pro-actif : il mesure l’activité électrique du cerveau mais ambitionne de modifier l’activité neuronale. Isy Goldwasser, le PDG et co-fondateur de Thync, affirme que l’onde d’énergie "est aussi efficace que quelques tasses de café"

Les fondateurs de Thync estiment proposer une "alternative sans produit chimique" aux différents traitements actuels contre la dépression ou le stress. Testé sur un échantillon de 2000 personnes dans leurs bureaux à Boston et le City College of New York, Thync souhaite démocratiser la stimulation transcranienne à courant direct (tDCS), utilisée depuis des années pour traiter la dépression ou la mémoire défaillante, les traumatismes crâniens (récupération de certaines facultés cognitives) ou les difficultés d'apprentissage par des médecins hospitaliers qui travaillent déjà avec des entreprises comme Medtronic ou St Jude Medical. Là, il s'agirait d'offrir au grand public une aide alternative à de nouveaux traitements.

Ces technologies relatives à l’électroencéphalographie permettent de détecter l'activité électrique du cerveau résultant du fonctionnement des neurones. Elles sont aujourd’hui en plein essor et connaissent des applications diverses car il s'agit d'une méthode d’exploration fonctionnelle du cerveau utile dans le diagnostic et la prise en charge notamment des états épileptiques. Les examens se font par enregistrement de signaux en plaçant des électrodes sur la tête du patient. On peut ainsi mettre en évidence des dysfonctionnements du cerveau : traumatisme cérébral, mauvaise oxygénation du cerveau, épilepsie ...

Les recherches en neurosciences vont bon train et le champs des possibles est immense pour faire évoluer les capacités neuronales du cerveau. De nombreuses innovations ont déjà vu le jour afin de mieux modifier et maîtriser le cerveau humain comme par exemple le casque de vélo MindRider ou encore les bonnets et masques de nuit Sleep Shepherd et NeuroOn.

La start-up californienne devrait lancer la vente de ce casque Thync en Bluetooth au premier semestre 2015 avec des tutoriels vidéos pour apprendre aux utilisateurs à bien placer les électrodes. Goldwasser affirme que "c’est un moyen pour nous de dépasser nos limites naturelles. Nous pourrons désormais choisir d’être concentré, calme ou créatif quand nous le souhaitons".

Les dirigeants de Thync précisent que la sécurité a toujours été leur priorité dans le développement du casque pour le grand public, en précisant que l’appareil n'adressera que les zones neurologiques stimulées de manière naturelle habituellement par du café par exemple, ou des vitamines. La FDA (Food and Drug Administration) a donné son accord dans le développement de ce projet et réfléchit désormais à la classification de ce nouvel objet : appareil médical ou simple gadget de consommation ? Tout est là quant aux risques d'un pareil instrument : quels dangers d'utilisation ? Quid des manipulations mentales ? Une innovation à suivre de très près...

santé et bioéthique

Sleep Sheperd : un vrai bonnet de nuit !

Sleep Sheperd serait-il la solution miracle pour les insomniaques ? En nous maintenant en somnolence durant toute la nuit, ce bonnet est capable de changer notre quotidien en nous aidant à être véritablement reposé. Une alternative aux drogues de toutes sortes pour dormir paisiblement.

Nous voici de retour aux bonnes vieilles habitudes d'un autre siècle : dormir avec un bonnet de nuit ! Il s'agit donc d'un bonnet que l’utilisateur chausse sur sa tête pour mieux dormir. Equipé de haut-parleurs, il émet des sons en fonction de notre état de sommeil afin de diminuer la fréquence de nos ondes cérébrales dans le but de plonger l’utilisateur dans un état de somnolence. Le bonnet intègre la technologie "Hammock virtuel" inventée par le Dr Michael Larson qui permet une sensation de balancement rythmique en utilisant les mécanismes naturels du centre auditif du cerveau. La pulsation rythmique "entend" lorsque vous portez le Sleep Shepherd, ce qui pemet au cerveau de déchiffrer la différence de fréquence entre les deux tonalités. Cette capacité naturelle, contenue dans la structure de notre cerveau, crée une sensation apaisante de balancement d'avant en arrière comme si le porteur était dans un hamac. 

Il s’agit donc d’une solution capable d’aider à nous endormir et qui permet aussi de dormir mieux tout au long de la nuit en agissant sur le centre auditif du cerveau, en diminuant la fréquence des ondes cérébrales pour favoriser le sommeil de l’utilisateur.

Sleep Shepherd se contente seulement de maintenir l’utilisateur dans un état de somnolence afin d’éviter les réveils en plein milieu de nuit.
Aucune connectivité ici, le principe est simplement d’agir sur le cerveau pour se sentir moins fatigué, moins stressé et mieux dans sa peau. Ce bonnet est fabriqué dans une matière respirante similaire à celle utilisé pour les maillots de sport.

Sleep Shepherd offre une autonomie d’une nuit et se recharge via un port micro USB et contrairement à d'autres produits du quantified self, il ne comporte aucune fonctionnalité d’analyse de données sur le sommeil. 

Présenté en avant-première au CES de Las Vegas 2015, il sera disponible à la vente à partir de Mars 2015 au prix de 160$, frais de port inclus.

L'insomnie en question

Les études montrent qu'environ 10% de la population souffre de véritable insomnie. Selon un sondage d'OpinionWay, les réveils nocturnes deviennent très courants : ils perturbent en effet le sommeil de 69% des français ! Et une baisse accrue de la qualité du sommeil pousse une majorité de français à recourir à l’usage de somnifères. A ce sujet, plusieurs études démontrent des effets secondaires pour le moins inquiétants, qu’il s’agisse des anxiolytiques (benzodiazépines de type Xanax, Valium etc.) ou des somnifères dits de « nouvelle génération » (hypnotiques non-benzodiazépines de type Imovane ou Lunesta). Selon une étude publiée dans le British Medical Journal, l’utilisation continue d’anxiolytiques ou de somnifères multiplie par quatre le risque de mortalité précoce...

Dans son livre "Capitalisme à l'assaut du sommeil" (1), Jonathan Crary dénonce les projets de recherche scientifique pour obtenir des "travailleurs sans sommeil" et précise que le sommeil impose l’idée d’un besoin humain et d’un intervalle de temps qui ne peuvent être ni colonisés ni soumis à une opération de profitabilité massive – raison pour laquelle celui-ci demeure une anomalie et un lieu de crise dans le monde actuel. L’insomnie est l’état dans lequel les activités de produire, de consommer et de jeter s’enchaînent sans la moindre pause, précipitant l’épuisement de la vie et des ressources :
"Malgré tous les efforts de la recherche scientifique en ce domaine, le sommeil persiste à frustrer et à déconcerter les stratégies visant à l’exploiter ou à le remodeler. La réalité, aussi surprenante qu’impensable, est que l’on ne peut pas en extraire de la valeur.

Au regard de l’immensité des enjeux économiques, il n’est pas étonnant que le sommeil subisse aujourd’hui une érosion généralisée. Les assauts contre le temps de sommeil se sont intensifiés au cours du XXe siècle. L’adulte américain moyen dort aujourd’hui environ six heures et demie par nuit, soit une érosion importante par rapport à la génération précédente. (...)
Le régime 24/7 sape toujours davantage les distinctions entre le jour et la nuit, entre la lumière et l’obscurité, de même qu’entre l’action et le repos. Il définit une zone d’insensibilité, d’amnésie, qui défait la possibilité même de l’expérience. Pour paraphraser Maurice Blanchot, cela se produit à la fois après et «d’après» le désastre, c’est-à-dire un état qui se reconnaît à un ciel vide, où ne sont plus visibles aucun astre, aucune étoile ni aucun signe, où l’on a perdu tout repère, et où s’orienter est impossible.
Plus concrètement, c’est comme un état d’urgence : les projecteurs s’allument soudain au milieu de la nuit, sans doute en réponse à quelque situation extrême, mais personne ne les éteint jamais, et on finit par s’y habituer comme à une situation permanente."

Puisse le Sleep-Sheperd redonner confort et paix au sommeil.

(1) Le Capitalisme à l’assaut du sommeil, par Jonathan Crary - Traduit de l’américain par Grégoire Chamayou. 140 pages, 15 euros, éditions Zones-La Découverte.

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