Cet implant pourrait un jour contrôler vos cycles de sommeil et de réveil | Innovation

En 1926, Fritz Kahn acheva L’homme comme palais industriel, la lithographie prééminente dans sa publication en cinq volumes La vie de l’homme. L’illustration montre un corps humain animé par de minuscules ouvriers d’usine. Ils actionnent joyeusement un cerveau rempli de tableaux, de circuits et de manomètres. Sous leurs pieds, un ingénieux réseau de tuyaux, de goulottes et de tapis roulants constitue le système circulatoire sanguin. L’image incarne un motif central dans l’œuvre de Kahn : le parallèle entre la physiologie humaine et la fabrication, ou le corps humain comme une merveille d’ingénierie.

Un appareil actuellement au stade embryonnaire de développement – ​​la soi-disant « pharmacie vivante implantable » – aurait pu facilement provenir de l’imagination fervente de Kahn. Le concept est développé par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en collaboration avec plusieurs universités, notamment Northwestern et Rice. Les chercheurs envisagent une usine miniaturisée, nichée à l’intérieur d’une micropuce, qui fabriquera des produits pharmaceutiques à partir de l’intérieur du corps. Les médicaments seront ensuite livrés à des cibles précises à la commande d’une application mobile. L’objectif initial modeste de la DARPA pour le programme de quatre ans et demi, qui a attribué des contrats à des chercheurs en mai, est de réduire le décalage horaire.

Le décalage horaire est un trouble du rythme circadien, le rythme biologique quotidien qui régit la synchronisation interne de tous les organismes sur Terre. Lorsque nous survolons des fuseaux horaires, le désalignement interne peut provoquer fatigue, étourdissement et désorientation. Plus qu’une gêne pour les forces armées, le désordre est considéré comme une menace pour l’état de préparation des troupes qui, une fois arrivées dans des endroits éloignés, peuvent être appelées à opérer au maximum de leurs performances. De même, une étude de 2019 a révélé que la vigilance et la performance au travail des travailleurs de la santé étaient gravement altérées lorsqu’ils travaillaient le soir. Les travailleurs postés de toutes sortes souffrent fréquemment de troubles du rythme circadien, ce qui les expose à un risque accru de syndrome métabolique et de maladies cardiovasculaires.

La pharmacie vivante implantable, qui est encore au stade de développement de la « preuve de concept », est en fait envisagée comme deux dispositifs distincts : un implant de micropuce et un brassard. L’implant contiendra une couche de cellules synthétiques vivantes, ainsi qu’un capteur qui mesure la température, un émetteur sans fil à courte portée et un photodétecteur. Les cellules proviennent d’un donneur humain et ont été repensées pour remplir des fonctions spécifiques. Ils seront produits en série en laboratoire et appliqués sur une couche de minuscules lumières LED.

La micropuce sera dotée d’un numéro d’identification unique et d’une clé de cryptage, puis implantée sous la peau lors d’une procédure ambulatoire. La puce sera contrôlée par un hub alimenté par batterie attaché à un brassard. Ce hub recevra les signaux transmis depuis une application mobile.

Si un soldat souhaite réinitialiser son horloge interne, il va simplement saisir son téléphone, se connecter à l’application et saisir son itinéraire à venir, par exemple un vol partant à 5h30 du matin d’Arlington, en Virginie, et arrivant 16 heures plus tard à Fort Buckner à Okinawa, au Japon. En utilisant des communications sans fil à courte portée, le hub recevra le signal et activera les lumières LED à l’intérieur de la puce. Les lumières brilleront sur les cellules synthétiques, les stimulant pour générer deux composés qui sont naturellement produits dans le corps. Les composés seront libérés directement dans la circulation sanguine, se dirigeant vers des emplacements ciblés, tels qu’une minuscule structure située au centre du cerveau appelée noyau suprachiasmatique (SCN) qui sert de stimulateur principal du rythme circadien. Quel que soit l’emplacement cible, le flux de biomolécules modifiera l’horloge naturelle. Lorsque le soldat arrivera à Okinawa, son corps sera parfaitement en phase avec l’heure locale.

Les cellules synthétiques seront maintenues isolées du système immunitaire de l’hôte par une membrane constituée de nouveaux biomatériaux, ne laissant entrer que les nutriments et l’oxygène et seuls les composés en sortir. En cas de problème, ils avaleraient une pilule qui tuerait uniquement les cellules à l’intérieur de la puce, laissant le reste de leur corps inchangé.

Le projet précédent de l’ingénieur informatique Josiah Hester, une Game Boy qui peut fonctionner indéfiniment sans batterie, était populaire et sans controverse. Aujourd’hui, le professeur de la Northwestern University coordonne la conception du hub externe de la pharmacie vivante depuis son laboratoire d’Evanston, dans l’Illinois. Soudain confronté à des questions anxieuses, il décrit patiemment les mesures de sécurité qui seront mises en place.

Pour se protéger contre le piratage et les logiciels malveillants, l’utilisateur devra confirmer toute commande qu’il tape dans son téléphone sur le hub. Les données utilisateur seront stockées dans le hub lui-même ; aucune migration future vers le cloud n’est envisagée pour le moment. « Si une entreprise comme Microsoft ou Apple essayait un jour d’intégrer cela dans ses produits, il faudrait qu’il y ait une discussion sociétale importante à ce sujet – ce sont des données très sensibles », explique Hester. Les messages circulant du hub vers l’application seront cryptés. Le brassard lui-même peut contenir un bouton « kill switch » qui l’éteindra immédiatement. Plus important encore, l’implant est inutile sans le brassard. A tout moment, pour quelque raison que ce soit, l’utilisateur peut simplement retirer le brassard et la puce électronique sera immédiatement désactivée.

Lorsque Jonathan Rivnay, le chercheur principal du projet, envisage l’avenir de la biotechnologie, sa plus grande préoccupation est la perception publique de son travail. Le professeur de bio-ingénierie de la Northwestern University décrit Luigi Galvani, l’italien du XVIIIe siècle qui a inspiré Frankenstein. Le biologiste s’est fait un nom en attachant des grenouilles sans tête dans son laboratoire de Bologne et en les choquant avec des décharges électriques. “Il choquait la cuisse de la grenouille et ensuite elle donnait un coup de pied”, explique Rivnay, souriant largement. Cela a peut-être surpris la société à l’époque, mais le fondateur de la bioélectricité ne réanimait pas tout à fait les morts. Rivnay s’inquiète de la tendance du public à confondre science-fiction et recherche scientifique. « Il y a beaucoup de grandes avancées qui se produisent et elles ne sont pas très bien communiquées au public », dit-il. “Les gens sautent immédiatement sur ce qu’ils ont vu dans un film et établissent de fausses connexions.” En signe d’encouragement pour le projet, certains sont plus que prêts à embrasser l’avenir. Dès son annonce, Rivnay a commencé à recevoir des e-mails de personnes souffrant de troubles du sommeil sévères, proposant de s’inscrire pour être des sujets de test.

Russell Foster est à la tête du Sleep and Circadian Neuroscience Institute de l’Université d’Oxford. Le professeur n’est pas affilié au projet, mais il en est un partisan enthousiaste. Il souligne la capacité de la micropuce à libérer les médicaments à des moments précis comme un avantage essentiel, en particulier pour les populations vulnérables. « Si je devais aller dans une maison de retraite et m’assurer de recevoir mes médicaments au bon moment, j’obtiendrais certainement une puce électronique », dit-il.

Si tout se passe comme prévu, les micropuces bio-hybrides télécommandables pourraient un jour devenir la forme de technologie intelligente la plus intime de notre vie : des capteurs internes qui gèrent notre santé au cours de notre routine quotidienne, en jugeant par algorithme quel médicament fabriquer et quand le distribuer.

Et si, dans un avenir proche, les enfants atteints de diabète de type 1 n’avaient pas à s’injecter de l’insuline plusieurs fois par jour ? Et si tout pouvait être géré via un smartphone ? Les premiers voyageurs vers Mars font face à un long voyage. Si l’implant porte ses fruits, inutile de transporter des médicaments. La pharmacie serait toujours ouverte, à l’intérieur de leur corps, disponible pour produire les produits pharmaceutiques nécessaires.

La micropuce pourrait même potentiellement être utilisée pour augmenter les performances humaines. Et si un coureur olympique pouvait programmer ses cellules pour produire une poussée d’adrénaline au début d’une course ?

« Un appareil convivial qui permet la livraison programmée des médicaments est extrêmement important », déclare Foster. « Le concept est génial. J’applaudis leur ambition.

Mais au milieu de toute l’excitation, des questions inconfortables demandent à être posées.

Dans le livre III d’Ovide Métamorphoses, le jeune Cadmus, fondateur de la mythologie de Thèbes, tombe sur un dragon. Il se bat et tue la bête, ne sachant pas qu’elle est sacrée, et enfouit ses dents dans un champ voisin. Lorsque le champ est moissonné, une récolte de guerriers féroces surgit de l’endroit où les dents avaient été semées, déclenchant une chaîne de circonstances tragiques – angoisse, effusion de sang et finalement folie – bien pire que sa situation d’origine.

Aussi désagréable que puisse être le décalage horaire, comment évaluer les conséquences de l’implantation de micropuces de stockage de données, de transmission de signaux et de fabrication de drogue dans le corps de soldats en parfaite santé ? Si et quand la technologie devient disponible pour le grand public, quelles conditions médicales seraient admissibles ? Y a-t-il des personnes en bonne santé qui trouvent la prise d’une pilule si ardue et si longue qu’elles se font micropucer juste pour éviter la tâche ?

Il a tout l’étoffe du dernier épisode de Miroir noir. Paul Sheehan, le responsable du programme supervisant le développement de la puce, n’est pas un fan de la série d’anthologies de science-fiction sur Netflix. “Je n’ai jamais pu passer le premier épisode”, déclare Sheehan, un physicien chimiste qui a parlé du bureau des technologies biologiques de la DARPA.

Sheehan explique que la puce sera soumise à plusieurs séries de tests avant l’approbation de la FDA. Il évoque les implants actuellement sur le marché, comme les stimulateurs cardiaques et les pompes à morphine. Mais il préfère ne pas spéculer sur d’éventuelles utilisations futures de l’appareil. « Quelle que soit la technologie, il est difficile de voir où elle va. Nous essayons de nous concentrer sur les problèmes immédiats », dit-il.

Le thème sous-jacent de Le bord du saignement, le documentaire de 2018 sur l’industrie des dispositifs médicaux, était que « innovant » ne signifie pas nécessairement de meilleurs soins. Un autre film de 2018, Améliorer, a mis en garde le public contre les scientifiques « utiles » proposant des appareils biotechnologiques de pointe.

Tout en reconnaissant les problèmes de sécurité, Hester est ravi de travailler sur une micropuce si révolutionnaire. (Les implants ne remplissent généralement pas beaucoup de fonctions.) « Les puces RFID sont boiteuses. Ils ne font rien », dit-il. “Cet implant répondra aux événements qui se produisent dans le corps et s’adaptera en temps réel.” L’équipe est actuellement en phase de conception. Bientôt, ils espèrent commencer à tester les composants séparés de la pharmacie sur des modèles de rongeurs, pour finalement arriver à un prototype fonctionnel.

En fin de compte, quoi qu’en dise Ovide sur le sujet, les scientifiques à l’origine de la pharmacie vivante implantable vont de l’avant à toute vapeur. Ils conçoivent une merveille impressionnante de l’ingénierie moderne. A la fois dispositif intelligent et plateforme synergique, la micropuce intègre les dernières innovations en bioélectronique, biologie synthétique et ingénierie informatique.

Le bioingénieur Omid Veiseh est ravi de travailler sur le projet. Son laboratoire fait partie du Texas Medical Center, le plus grand complexe médical au monde. Parfois, il sort de son bureau et traverse la rue pour déjeuner avec les cliniciens. Chaque fois qu’il visite, il pose des questions approfondies sur la vie de leur patient.

Veiseh explique que, si on le laissait travailler dans le vide, il pourrait juste fabriquer des gadgets sympas. Lorsqu’il visite l’hôpital, il découvre les problèmes de vraies personnes. « Il y a une formidable opportunité de pirater le corps, dans le bon sens, et de proposer les thérapies du futur », dit-il. « Si nous pouvons faire en sorte que cela fonctionne, cela ouvre tellement de possibilités. »