Médecine et astronomie peuvent sembler être des domaines très différents au regard de leur champ d’application. Toutefois, il existe un élément fondamental commun aux deux : la lumière. Si les astronomes utilisent la structure de la lumière pour obtenir des informations sur les corps célestes observés, les médecins analysent la lumière qui pénètre les tissus organiques pour également en obtenir des informations. C’est notamment le cas dans le cancer du sein, où les différences de densité tissulaire révélées par la lumière permettent d’établir le diagnostic. Et, à ce titre, un modèle astronomique informatique pourrait se révéler très performant pour aider les médecins.
Pour les astronomes, la lumière est une alliée indispensable. Une grande partie de l’astronomie dépend de la détection et de l’analyse de la lumière. Par exemple, les astrophysiciens étudient la lumière diffusée, absorbée et réémise dans les nuages de gaz et de poussière, obtenant ainsi des informations sur leur intérieur. De la même manière, la lumière absorbée et réémise par l’atmosphère des planètes permet d’en connaître la composition selon le spectre électromagnétique recueilli.
Et malgré les différences d’échelle entre astronomie et médecine, la manière dont la lumière voyage à travers le corps humain est très similaire à celle dont elle voyage dans l’espace. Au Royaume-Uni, près de 60’000 femmes reçoivent un diagnostic de cancer du sein chaque année, et 12’000 en meurent. Le diagnostic précoce est essentiel : 90% des femmes diagnostiquées au stade précoce ont survécu pendant au moins cinq ans, contre 15% pour celles diagnostiquées au stade le plus avancé.
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L’étude astronomique de la lumière au service de la médecine
Le cancer crée de minuscules dépôts de calcium dans les seins, détectés par un décalage de la longueur d’onde de la lumière qui traverse les tissus. L’équipe d’astronomie de l’université d’Exeter a découvert que les algorithmes informatiques développés pour étudier la formation d’étoiles et de planètes pourraient être appliqués à la recherche de ces dépôts.
« La lumière est essentielle à toute une gamme d’avancées médicales, telles que la mesure de l’oxygénation du sang chez les prématurés, ou le traitement des taches de vin avec des lasers. Il existe donc un lien naturel avec l’astronomie, et nous sommes ravis d’utiliser notre travail pour lutter contre le cancer » déclare Charlie Jeynes, astronome à l’Université d’Exeter.
Simulation, basée sur l’algorithme d’un modèle astronomique, montrant la lumière (rouge/jaune) pénétrant à travers les tissus d’un sein humain (triangles blancs). Crédits : T. Harries
En collaboration avec Nick Stone, professeur de génie biomédical à Exeter, l’équipe perfectionne les modèles informatiques afin de mieux comprendre comment la lumière détectée est affectée par les tissus humains. Ils espèrent éventuellement mettre au point un test de diagnostic rapide qui évite les biopsies inutiles, améliorant les chances de survie de milliers de femmes. Des travaux sont déjà en cours avec les cliniciens de l’hôpital RD&E d’Exeter afin de tester la technologie et d’ouvrir la voie à des essais cliniques de plus grande envergure.
Un nouveau traitement anti-cancéreux basé sur un modèle astronomique informatique
Dans un deuxième projet, l’équipe d’Exeter utilise des modèles informatiques pour un nouveau traitement potentiel du cancer de la peau sans mélanome (NMSC). Il s’agit du type de cancer le plus répandu, avec plus de 80’000 cas signalés en Angleterre chaque année. Les NMSC devraient coûter au NHS 200 millions d’euros par an d’ici 2020, un chiffre qui devrait augmenter à mesure que la maladie devient plus répandue.
Le modèle astronomique d’analyse de la lumière de l’université d’Exeter a été utilisé ici pour montrer les trajectoires complexes de la lumière à l’intérieur des tissus humains. Crédits : C. Jeynes
En partenariat avec Alison Curnow de la faculté de médecine de l’Université d’Exeter, les scientifiques utilisent leur algorithme pour développer un laboratoire virtuel simulé permettant d’étudier le traitement du cancer de la peau. L’attaque sur deux fronts s’intéresse aux médicaments activés par la lumière (thérapie photodynamique) et aux nanoparticules chauffées à la lumière (thérapie photothermique).
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Des simulations de la lumière infrarouge proche pénétrant dans les tissus de la peau montrent qu’après une seconde d’irradiation, une tumeur (incrustée de 9 mm dans le tissu cutané) infusée de nanoparticules d’or absorbant l’infrarouge proche se réchauffe d’environ 3 °C, puis après 10 minutes., monte à plus de 20 °C. C’est une dose thermique suffisante pour tuer les cellules cancéreuses. Crédits : C. Jeynes
La simulation examine comment des nanoparticules d’or dans une tumeur cutanée virtuelle sont chauffées par exposition à la lumière proche infrarouge. Après une seconde d’irradiation, la tumeur se réchauffe de 3 °C. Au bout de 10 minutes, la même tumeur est chauffée à 20 °C — suffisamment pour tuer ses cellules.
Jusqu’à présent, la thérapie photothermique avec des nanoparticules a été efficace chez le rat, mais avec leur algorithme visant à limiter les conditions expérimentales, l’équipe travaille à appliquer cette technologie à l’Homme.
Astronomie : des planètes aux tumeurs, l’interconnexion des domaines scientifiques
« Les progrès de la science fondamentale ne doivent jamais être considérés isolément. L’astronomie ne fait pas exception à la règle et, bien qu’elles soient impossibles à prédire au début, ses découvertes et ses techniques profitent souvent à la société. Notre travail en est un excellent exemple. Nous sommes vraiment fiers d’aider nos collègues médecins dans cette guerre contre le cancer » déclare Charlie.
Les prochaines étapes consistent à utiliser des modèles de rendu 3D à partir d’images de tumeurs réelles et à simuler leur réaction à différents régimes de traitement.
Il existe des données sur la façon dont ces tumeurs ont répondu au traitement, ce qui fournit d’excellentes données in situ avec lesquelles comparer les modèles. De cette manière, l’équipe sera en mesure de prédire si différents types de traitements seraient plus efficaces pour un type de tumeur particulier. Cela permettra aux cliniciens de disposer davantage d’options lors du choix d’un plan de traitement.
Sources : Royal Astronomical Society
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Excellent article…Merci c’est bon de le lire aussi!!!… La science physique reste le biais incontournable pour le discernement, une fondamentale discipline pour la continuité a l’établissement des liens « lignes directrices » entre tous les objets constituant ce monde.