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Prix de l'inventeur européen

Bernhard Gleich et Jürgen Weizenecker et leur équipe (Allemagne)

Lauréats du Prix de l’inventeur européen 2016

Laureats Bernhard Gleich et Jürgen Weizenecker (top visual)

Vidéo:

Catégorie : Industrie

Secteur : Technologie pour le diagnostic médical

Société : Philips GmbH

Brevet : EP1304542, EP1816958, EP1830702, EP1615544

Invention : Imagerie à particules magnétiques (MPI) pour le diagnostic

L’invention d’une nouvelle méthode de diagnostic médical appelée imagerie à particules magnétiques (magnetic particle imaging, MPI) par les physiciens allemands Bernhard Gleich et Jürgen Weizenecker du laboratoire de recherche Philips à Hambourg pourrait permettre d’obtenir, en temps réel, des images de diagnostic aux caractéristiques uniques.

Bernhard Gleich and Jürgen Weizenecker (side visualCette méthode d'imagerie magnétique, qui fait l'objet d'évaluations précliniques depuis 2014, va permettre aux médecins d'obtenir instantanément des images 3D représentant des complications dans les tissus mous, y compris des cancers et des maladies vasculaires, avec une résolution spatiale allant jusqu'à 0,5 millimètre. La méthode MPI offre des applications dans les sciences des matériaux et la dynamique des fluides, ainsi que de nouveaux niveaux de qualité et de contrôle de sécurité grâce à la détection des fissures superficielles et des fractures.

Bernhard Gleich et Jürgen Weizenecker ont fait cette découverte en étudiant en détail les propriétés des nanoparticules d'oxyde de fer superparamagnétique (SPION) en réponse à une oscillation du champ magnétique. L'interaction entre le champ magnétique et les particules administrées au  patient sous forme liquide, et assimilées en toute sécurité par le métabolisme du fer dans l'organisme, offre la possibilité de cartographier le système artériel et les organes en 3D lors de différents phénomènes médicaux dynamiques.

Bénéfices pour la société

La maladie coronarienne (CHD) est une des principales causes de décès et d'invalidité dans les pays développés. Elle est actuellement responsable de plus d'un tiers des décès pour les plus de 35 ans (selon l'American Heart Association). La prévention et le diagnostic précoce sont importants pour lutter contre une maladie qui progresse souvent lentement et qui va affecter, à un moment donné, près de la moitié des hommes et près d'un tiers des femmes d'âge moyen.

La disponibilité clinique de la méthode MPI annoncerait une nouvelle étape dans la cartographie du système coronaire et la détection des blocages artériels. En plus de la détection des cancers, la méthode MPI fournirait également des images lors d'interventions chirurgicales permettant aux médecins de connaître, en temps réel, les effets des manipulations ou des injections de médicaments.

Avantages économiques

La technologie MPI est entrée dans le processus des essais précliniques en septembre 2014 lorsque la société partenaire de Philips, Bruker Corporation, a installé le premier scanner MPI pour les essais précliniques au Centre hospitalier universitaire de Hambourg-Eppendorf (UKE), en Allemagne. Entres autres applications, les chercheurs utilisent le scanner pour effectuer une angiographie par tomodensitométrie et s'appuient sur ses excellentes capacités pour obtenir des images du système cardiovasculaire. Bruker Corporation, basée à Billerica dans le Massachusetts (États-Unis), compte 6 100 employés avec un chiffre d'affaires de 1,65 milliard d'euros (2014). Elle est spécialisée dans les instruments scientifiques destinés à la recherche sur les molécules et les matériaux.

La rapidité et la précision de ces scanners pourraient modifier le marché mondial du segment du marché de l'imagerie préclinique (in vivo), et qui, d'après les prévisions actuelles, va atteindre un niveau mondial de 731 millions d'euros en 2019 à un taux de croissance annuel composé de 6,0 % entre 2014 et 2019 (selon MarketsandMarkets).

  • Bernhard Gleich and Jürgen Weizenecker (gallery 1)

    Jürgen Weizenecker

  • Bernhard Gleich and Jürgen Weizenecker (gallery 2)

    Prototype de scanner MPI

  • Bernhard Gleich and Jürgen Weizenecker (gallery 3)

    Bernhard Gleich

  • Bernhard Gleich and Jürgen Weizenecker (gallery 4)

    Jürgen Weizenecker

  • Bernhard Gleich and Jürgen Weizenecker (gallery 5)

    Maquette illustrant l'interaction des champs magnétiques

  • Bernhard Gleich and Jürgen Weizenecker (gallery 6)

    Jürgen Weizenecker et Bernhard Gleich


Fonctionnement

La MPI repose sur deux étapes : avant l'examen, le patient ingère un nano liquide contenant de minuscules nanoparticules d'oxyde de fer superparamagnétique (SPION) mesurant entre 20 et 40 nanomètres. L'étape suivante consiste à rendre détectables ces particules en appliquant un champ magnétique de commande, qui leur donne une résonance magnétique propre que rend un logiciel d'imagerie 3D avec des cartes spatiales du corps.

Les SPION permettent d'obtenir, grâce à leur charge magnétique, des images détaillées des tissus mous et du système vasculaire, ce qui est assez difficile avec d'autres méthodes comme l'IRM, qui repose sur la mesure de la présence de molécules d'eau dans l'organisme. Le terme « superparamagnétique » signifie que les SPION ne sont plus magnétiques une fois que le champ magnétique est désactivé. Elles sont alors absorbées en toute sécurité par le métabolisme..

Inventeurs

Bernhard Gleich et Jürgen Weizenecker ont tous les deux travaillé indépendamment sur les principes magnétiques et paramagnétiques, Bernhard Gleich à l'université de Ulm et Jürgen Weizenecker à l'université de Karlsruhe, avant de rejoindre le laboratoire de recherche Philips à Hambourg en 2000. En 2005, les deux physiciens allemands ont publié dans la revue Nature la méthode à l'origine du MPI, un nouveau moyen prometteur pour détecter les maladies vasculaires et les cancers.

Au fil des ans, les deux inventeurs ont obtenu 18 familles de brevets conjoints délivrés par l'Office européen des brevets pour l'amélioration de la MPI, comprenant également un champ magnétique oscillant superposé qui fournit des signaux beaucoup plus détaillés.

La thèse intitulée « Principes et applications de l'imagerie à particules magnétiques » a permis à Bernhard Gleich d'obtenir un doctorat à l'université de Lübeck en 2013 et le très convoité prix allemand Professor-Otto-Roth en 2014. Il poursuit actuellement ses travaux sur un prototype de scanner MPI. Jürgen Weizenecker est professeur d'ingénierie électrique et de technologie de l'information à l'université des sciences appliquées de Karlsruhe depuis 2008. Il poursuit actuellement ses recherches translationnelles sur la MPI.

Le saviez-vous ?

À première vue, les nanoparticules d'oxyde de fer utilisées pour la MPI ne sont pas le genre de produit que les patients ont envie d'avaler ou de recevoir par injection. Pourtant les particules d'oxyde de fer ne sont rien d'autre que du fer. Ce sont donc les candidates idéales pour une assimilation par le métabolisme du fer de l'organisme en quelques heures ou quelques jours.

Le fer est un des éléments nécessaires à la vie. Toutes les cellules de l'organisme ont besoin de fer pour fonctionner puisqu'il est essentiel dans la production d'énergie, le transport de l'oxygène et la croissance cellulaire. Le corps humain contient environ 3,5 g de fer, et l'alimentation n'apporte qu'une dose journalière comprise en 10 et 20 mg. Seul 10% du fer alimentaire est absorbé et l'excès est transporté par une glycoprotéine appelée la transferrine. La transferrine est habituée à de plus grosses charges de travail que les quantités infimes d'oxyde de fer provenant de la MPI.

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