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Physiologie in-silico: Appel à manifestation d'Intérêt

La e-santé (ou santé électronique dont la santé connectée) est une branche de la Santé Numérique. Cette dernière peut être définie comme l’« Ensemble des moyens conceptuels, physiques, et technologiques issus des sciences fondamentales et appliquées mis au service de la médecine à l’ère du numérique ». La e-santé est un domaine actuellement porté plus par les industriels et le secteur économique que le secteur médical ou sanitaire et reste encore balbutiante. Aujourd’hui, la e-santé n’a pratiquement que le nom, il s’agit avant tout d’un marché de produits technologiques sans valeur médicale ajoutée réelle qu’il convient de développer. A nous de lui donner consistance.

L’industrie pharmaceutique a œuvré pour le développement du concept de Santé Personnalisée qui a finalement pris son essor avec les progrès technologiques et informatiques liés au séquençage génétique. L’essentiel de cette Santé Personnalisée relève de la médecine oncologique et des traitements y afférant, de la recherche d’un profil génétique de prédisposition aux maladies chroniques comme le diabète et autres facteurs de risques cardiovasculaires, et enfin de la recherche de biomarqueurs pronostiques. A la marge de cette activité de recherche médicale, les industriels de micro-électronique tentent de percer dans ce domaine de médecine personnalisée avec le concept d’automesure (quantified-self). Relevant essentiellement du domaine de la Santé et du Bien-être, le développement de capteurs et d’applications plus ciblés font émerger une tendance de fond dans l’automesure à pertinence médicale.

La combinaison de la e-Santé et de la médecine personnalisée est une occasion unique de proposer au plus grand nombre la médecine dite 4P, Prédictive-Préventive-Personnalisée-Participative, habituellement réservée aux maladies rares comme les maladies héréditaires par exemple et faisant intervenir des techniques hautement spécialisées (séquençage à haut débit, multi-omics etc.). En effet, la médecine de demain sera une médecine 4P.

Alors que la fréquence et l’impact des maladies chroniques, en particulier cardiovasculaires, vont continuer à croitre entre autre du fait du vieillissement de la population, les mécanismes de ces maladies sont mal connus, et tout particulièrement les mécanismes initiaux. Cette situation constitue un obstacle majeur au développement de la prévention. Il faut réorienter la recherche biomédicale afin de proposer des alternatives efficaces en favorisant une médecine prédictive, dont les objectifs seront d’identifier les états pathologiques aux stades les plus précoces afin d’organiser la prévention et le traitement.

Dans cet objectif, l’étude des fonctions physiologiques homéostasiques (physiologie) et leur dérégulation (physiopathologie) prend une place toute particulière surtout lorsqu’il s’agit de fonctions vitales. Par ailleurs, les développements scientifiques (modélisation des systèmes complexes dynamiques), technologiques (capteurs non invasifs, miniaturisés, nomades, et éventuellement connectés), et numériques (puissance computationnelle, apprentissage statistique) actuels permettent d’affirmer que la physiologie de demain et les explorations fonctionnelles y afférant se feront en grande partie in silico.

Parce que nous pensons qu’il est nécessaire de se fédérer autour de projets interdisciplinaires afin de maîtriser tous les rouages menant à une physiologie in silico, nous proposons d’échanger autour du projet Virtual Physiology : Modeling homeostasis. La modélisation et la simulation en médecine s’est essentiellement focalisée sur l’anatomie, en particulier dans son application pédagogique. La physiologie est restée un parent pauvre de la simulation médicale. Or, l’homéostasie est l’un des huit concepts majeurs de la biologie et le concept principal de la physiologie des systèmes. Elle est considérée par ailleurs comme une compétence clé à maîtriser pour les médecins en formation. Les vagues successives de remaniements des enseignements de la physiologie a progressivement limité l’approche intégrative si appropriée à l’étude des systèmes physiologiques. Depuis les années 1960, une branche de l’ingénierie biomédicale s’emploie à transposer les outils d’analyse de l’ingénierie des systèmes contrôlés aux systèmes physiologiques en général et aux systèmes homéostatiques en particulier. L’Homme est un système complexe dans lequel les fonctions physiologiques régulant les variables homéostatiques sont en perpétuelle interaction (contrôle anticipateur, rétrocontrôle, hiérarchie des homéostats etc.) définissant ainsi une dynamique non linéaire des variables, des fonctions, et des états physiologiques. Grâce au développement des outils de caractérisation des systèmes complexes et de leur dynamique d’une part et à la formidable évolution de la puissance computationnelle d’autre part, il est aujourd’hui possible de modéliser plus aisément et plus précisément le fonctionnement physiologique humain. Nous pensons que les approches complémentaires issues de la physique (mécanique, thermodynamique, phénomènes hors équilibres), de la théorie des systèmes complexes, de la physiologie des systèmes intégrés, des sciences de l’ingénieur, et des sciences de l’information et des systèmes permettraient de proposer un modèle global de physiologie intégrée fondé sur les déterminants physiques des fonctions physiologiques. Nous aborderons les principales fonctions physiologiques en mettant en équation les lois physiques impliquées ainsi que les stratégies adaptatives déployées afin d’assurer l’homéostasie (interconnexions, communications, interactions). Nous tenterons alors d’unifier ces équations en un modèle homéostatique générique intégré. Ce modèle physiologique macroscopique sera une avancée scientifique majeure posant les bases de la prédictibilité du fonctionnement humain et donc de la médecine prédictive. Nous proposerons in fine un outil numérique de simulation en physiologie intégrant les grands principes de la physiologie d’organe et de la communication inter-organe. Ce simulateur sera un extraordinaire outil pédagogique interactif pour l’apprentissage de la physiologie et un extraordinaire outil d’exploration fonctionnelle.

Nous proposons à toutes les personnes intéressées de nous rejoindre pour ce projet ! 

contactez Stéphane DELLIAUX stephane.delliaux@univ-amu.fr