L'hydrocéphalie : une question d'intelligence
Nous tenons souvent pour acquis que la médecine progresse, toujours plus rapidement, et qu'une meilleure compréhension conduit presque inévitablement à un meilleur traitement. Pourtant, en ce qui concerne le problème courant de l'hydrocéphalie, bien connu d'Hippocrate et d'autres médecins de l'Antiquité, les médecins utilisent encore une méthode mise au point pour la première fois en 1949 pour soulager cette affection potentiellement mortelle.
L'hydrocéphalie est une accumulation de liquide dans les cavités du cerveau (appelées ventricules), ce qui provoque leur élargissement et augmente éventuellement la pression sur le cerveau. L'hydrocéphalie est loin d'être rare dans le monde. Aux États-Unis, environ 1 bébé sur 500 naît avec une hydrocéphalie, et un plus grand nombre d'entre eux développent la maladie au cours des deux premières années de leur vie. L'hydrocéphalie n'est pas non plus l'apanage des enfants : chez les adultes, elle peut survenir à tout moment, en particulier après une infection ou une hémorragie intracrânienne, ou après l'âge de 60 ans, avec une prévalence qui augmente avec l'âge. En fait, elle est souvent sous-diagnostiquée dans cette tranche d'âge car les symptômes peuvent être attribués à la maladie d'Alzheimer ou à la maladie de Parkinson. Cela signifie évidemment que de nombreuses personnes - jusqu'à 10 % des patients atteints de démence - pourraient vivre avec une maladie traitable et non dégénérative. Imaginez ce que cela pourrait signifier en termes de qualité de vie, non seulement pour les malades, mais aussi pour leurs proches et les personnes qui s'occupent d'eux.
L'avancée qui a eu lieu il y a 70 ans
Les conséquences d'une hydrocéphalie non traitée vont des lésions cérébrales à la mort, mais heureusement, le traitement chirurgical est très efficace. Il y a environ un siècle, les chirurgiens ont commencé à mettre au point des dérivations pour drainer le liquide du cerveau vers la cavité abdominale. Avec l'introduction des valves (entre 1949 et 1960), celles-ci sont devenues très utiles, permettant de drainer l'excès de liquide automatiquement - soit sur la base d'un niveau de pression prédéfini, soit réglable par le médecin - ce qui a permis d'améliorer considérablement les résultats.
Mais il y a encore des limites. Par exemple, la force de gravité peut entraîner un drainage excessif lorsque le patient est en position verticale, et les blocages ou les infections sont fréquents. En outre, les soupapes de pression différentielle basées sur une technologie vieille de 70 ans ne sont tout simplement pas assez précises pour donner de bons résultats de manière constante. N'est-il pas temps de faire une mise à jour ?
Depuis qu'elle a commencé son doctorat en 2008, moment où elle a parlé pour la première fois aux neurochirurgiens des problèmes liés au traitement de l'hydrocéphalie, le Dr Marianne Schmid Daners (qui a une formation en génie mécanique et en soins infirmiers) s'est consacrée à la conception d'une dérivation du XXIème siècle. Le manque de connaissances sur la maladie et sur les meilleurs paramètres de contrôle de la dérivation constituait un handicap majeur. Après son doctorat, Marianne a poursuivi une double approche, orientée à la fois vers la recherche fondamentale et l'application, avec un financement du Fonds National Suisse et d'Innosuisse, respectivement. Tous les projets ont été menés en étroite collaboration avec l'université de Zurich, l'hôpital universitaire de Zurich et des partenaires internationaux.
Au cours des études de base, les pressions crânienne, cardiovasculaire et abdominale ont été mesurées chez des moutons adultes en bonne santé et quantifiées en fonction des changements de posture et des interventions, telles que les injections de bolus ou les stimuli médicamenteux. À partir de ces résultats, l'équipe interdisciplinaire a conclu que, pour contrôler le drainage de la dérivation en fonction de la demande individuelle, la pression intracrânienne, le flux à travers la dérivation et la posture devraient tous être pris en considération, permettant à la dérivation de réagir aux conditions physiologiques.
Le projet axé sur les applications s'est concentré sur le développement d'un nouveau capteur, sur la conception et le contrôle de la dérivation, ainsi que sur un système d'actionnement permettant d'introduire un état similaire à l'hydrocéphalie chez le mouton. Avec Fabian Flürenbrock et le professeur Melanie Zeilinger, de grands progrès ont été réalisés dans le cadre du projet VIEshunt (VIE signifiant ici "ventricular, intelligent and electromechanical shunt", dérivation ventriculaire, intelligente et électromécanique en français) - une première tentative révolutionnaire de contrôle automatisé qui a valu à Fabian le prix des jeunes chercheurs lors de la conférence sur l'hydrocéphalie de 2022. Le VIEshunt comprend même des capacités de communication de données qui offrent un aperçu sans précédent du fonctionnement interne du système de dérivation et de l'état de santé du patient. Cela permet de prévenir les dysfonctionnements et les complications, et peut éventuellement être utilisé pour fournir une thérapie individuelle personnalisée.
Le VIEshunt a servi de base au projet du PRN Automation "Safe learning-based control of cerebrospinal fluid shunt with active valve", dont l'objectif est d'étudier, entre autres, comment surveiller les signaux vitaux pertinents et en déduire des estimations de l'état actuel de la maladie ; comment contrôler de manière robuste le drainage du liquide céphalorachidien (LCR) et l'adapter aux besoins du patient ; et comment le contrôleur physiologique peut apprendre en toute sécurité à partir du retour d'information afin d'optimiser et de personnaliser le contrôle de la dérivation.
Pour réaliser le bond en avant souhaité, le projet s'appuiera sur des travaux antérieurs concernant, d'une part, l'étude quantitative de la dynamique du LCR, qui fournit des modèles mathématiques pour éclairer la conception et les essais et, d'autre part, le système mécatronique VIEshunt, qui, avec ses capteurs, ses actionneurs et ses contrôleurs intégrés, permet la mise en œuvre et le déploiement de stratégies de contrôle avancées qui n'ont jamais été tentées auparavant.
L'objectif n'est pas seulement de rendre le drainage du LCR plus sûr et plus physiologique, mais aussi de permettre aux médecins et aux cliniciens d'acquérir une meilleure compréhension de la maladie en permettant pour la première fois un suivi détaillé du patient à long terme. Cela devrait permettre d'améliorer la conception des futurs systèmes de dérivation et des algorithmes de contrôle, et d'apporter des améliorations durables au traitement de l'hydrocéphalie.
Nous ne connaissons toujours pas les causes de cette maladie et, malgré l'impact considérable qu'elle a sur un grand nombre de malades, elle n'a pas attiré l'attention que suscitent des problèmes tels que les maladies cardio-vasculaires. Nous avons cependant beaucoup appris à son sujet. Les évaluations quantitatives et les dérivations intelligentes pourraient nous aider à en apprendre encore plus, et contribueront certainement à l'amélioration des soins prodigués aux patients. C'est pourquoi la nouvelle dérivation automatisée, qui émerge à la pointe de la mécatronique et de la médecine, constitue une contribution particulièrement intéressante à la santé et au bien-être dans le monde.
Texte par Robynn Weldon.
