Grâce à la 3D et à la biologie moléculaire, le traitement de la scoliose, une déviation de la colonne vertébrale, est en pleine révolution au Centre de recherche du CHU Sainte-Justine. Voilà le genre d’idées qui peut émerger lorsque des médecins spécialistes joignent leur expertise à celle des ingénieurs et des biologistes pour prendre le virage de la médecine personnalisée.
Un jour, Carl-Éric Aubin, ingénieur mécanicien spécialisé en biomécanique et professeur à Polytechnique, a envoyé les mêmes radiographies à 32 sommités mondiales en chirurgie de la scoliose. Il leur a demandé quel serait le genre de chirurgie qu’ils pratiqueraient pour traiter le patient. Devant un cas de scoliose, le chirurgien a en effet le choix de divers instruments, comme des vis, des crochets et des tiges, qu’il peut utiliser de différentes façons sur les vertèbres pour tenter de redresser la colonne. Résultat de sa démarche? L’ingénieur a obtenu 32 réponses complètement différentes!
« Certains auraient instrumenté 8 vertèbres, d’autres 15 et de différentes façons. Ils se basaient tous sur des principes valables, mais au bout du compte, qui aurait eu le meilleur résultat? Difficile à dire parce que dans la réalité, on n’opère pas un patient plusieurs fois », indique Carl-Éric Aubin.
« Nous avons décidé de bâtir une équipe de recherche qui étudierait les déformations musculosquelettiques; nous savions qu’il y avait des aspects que nous pourrions mieux comprendre dans ce problème clinique important qu’est la scoliose », indique Hubert Labelle, chef du service d’orthopédie à Sainte-Justine et professeur titulaire au département de chirurgie de la Faculté de médecine de l’UdeM. Alors qu’on ignore la cause d’environ 85 % des scolioses, il s’agit de la déformation la plus fréquente observée en orthopédie. Environ 4 personnes sur 100 en souffrent, et les plus à risque sont les jeunes filles âgées de 10 à 18 ans.
Aux yeux du spécialiste, l’approche de la médecine personnalisée était particulièrement intéressante pour le traitement de la scoliose parce que chaque déformation est unique. « L’idée, c’est d’arriver à adapter le traitement à chacun des sujets », précise-t-il.
Hubert Labelle a ainsi commencé à travailler avec une équipe interdisciplinaire dont fait partie Carl-Éric Aubin. Un programme de simulation de chirurgie a été mis au point en appliquant les principes du génie mécanique à la colonne vertébrale. « Nous arrivons à prédire comment les structures anatomiques de chaque patient vont réagir aux différentes forces que nous appliquons sur elles », explique Carl-Éric Aubin.
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Mais peut-on vraiment se fier à un programme de simulation pour prévoir avec certitude la réaction d’un organisme aussi complexe que le corps humain?
« Nous sommes capables de prédire les impacts des principales manœuvres avec assez de précision, affirme l’ingénieur. Mais le défi, c’est d’arriver à reproduire une chirurgie dans son entièreté parce qu’elle comprend généralement plusieurs petits ajustements. »
L’équipe de Carl-Éric Aubin s’en tient donc à comparer les grandes stratégies chirurgicales pour déterminer laquelle donnerait les meilleurs résultats possible. « Il est certain que simuler une chirurgie, c’est complexe. Il y a encore du travail de validation à faire, mais si l’on démontre l’intérêt clinique d’une technologie, les gens s’y intéresseront », affirme Hubert Labelle.
Simuler un corset
L’équipe de recherche sur les déformations musculosquelettiques travaille également à bâtir un programme de simulation personnalisé appliqué aux corsets que l’on utilise pour redresser la colonne vertébrale de certains patients.
« On crée le modèle 3D du patient et on lui applique un simulateur de corset. En deux ou trois minutes, on arrive à prédire quels seront les effets à long terme du corset sur ce patient. On peut aussi changer différents paramètres, comme la forme, la grandeur, le positionnement et le matériau du corset pour le rendre plus efficace », explique Carl-Éric Aubin.
En 2011, l’équipe multidisciplinaire vérifiera l’efficacité de sa technologie. « Pour un même patient, le médecin regardera le modèle de corset conçu de façon traditionnelle et celui réalisé grâce à notre approche. Il pourra donc évaluer lequel aura de meilleures chances de fonctionner avant de faire son choix », explique l’ingénieur.
Déjà, plusieurs partenaires industriels sont prêts à commercialiser le logiciel si les résultats s’avèrent concluants. « C’est difficile de prédire l’avenir, mais je crois qu’on utilisera de plus en plus des modèles biomécaniques pour améliorer l’efficacité des corsets », affirme Hubert Labelle.
Un patient, un groupe
De son côté, Alain Moreau, directeur du laboratoire de génétique moléculaire des maladies musculosquelettiques du Centre de recherche au CHU Sainte-Justine, ajoute le volet biologie moléculaire à l’approche personnalisée du traitement de la scoliose mise au point par l’équipe interdisciplinaire. Il a remarqué que les patients atteints de scoliose réagissent de trois façons différentes aux contacts d’hormones, comme la mélatonine, selon un test diagnostique conçu avec son équipe. Cette classification permet de prédire le risque de développer une scoliose chez les enfants encore asymptomatiques et, parmi ceux qui en sont atteints, d’évaluer le risque de progression au début de la maladie.
« On sait que plusieurs patients qui souffrent de scoliose sont aussi atteints d’autres troubles ou maladies, comme l’ostéoporose, l’anxiété et la dépression. Nous regardons s’il est possible d’établir des liens directs entre les différents groupes et certaines comorbidités pour en arriver à intervenir de façon préventive et ciblée », explique Alain Moreau.
Jusqu’à maintenant, l’équipe a découvert que les patients du groupe 2 ont de 5 à 10 fois plus de risques de développer des scolioses majeures.
Cette approche pourrait aussi avoir un impact sur les différents traitements possibles de la scoliose.
« Les corsets fonctionnent-ils sur les patients du groupe 2? C’est le genre de questions sur lesquelles nous nous pencherons. Parce que si le corset ne fonctionne jamais sur les patients d’un groupe, ça ne sert à rien de leur faire endurer ça », indique Alain Moreau.
Des patients en confiance
Comment les patients réagissent-ils à l’égard de ces approches personnalisées?
« La plupart des patients ne sont pas au courant de l’évolution de nos façons de faire, mais les plus curieux posent des questions et veulent voir nos modèles 3D. Ils trouvent intéressant de voir que nous travaillons avec les technologies les plus récentes. Ils ne sont pas inquiets », remarque Hubert Labelle.