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Comprendre les maladies vasculaires grâce à la mécanique

Directeur de recherche CNRS au Laboratoire d’Hydrodynamique (LadHyX - École polytechnique/CNRS) et professeur à l’École polytechnique depuis 2010, Abdul Barakat étudie le rôle de la mécanique dans le développement et la progression des maladies vasculaires. Avec son équipe, il a développé différents types d’artères artificielles physiologiquement pertinentes qui révolutionnent l’analyse des processus pathologiques. Ses travaux sont soutenus par le Fonds AXA pour la Recherche et par la FX.

Les maladies vasculaires font partie des principales causes de mortalité dans le monde. Les pathologies des grandes et moyennes artères sont à l’origine de crises cardiaques et d’accidents vasculaires cérébraux, tandis que les maladies microvasculaires peuvent provoquer de l’hypertension et des thromboses. Alors que les maladies vasculaires sont souvent étudiées d'un point de vue biologique, les facteurs mécaniques jouent un rôle essentiel dans leur développement et leur progression. Spécialiste de la mécanique des fluides appliquée aux artères, Abdul Barakat consacre ses recherches à l’étude du lien entre ces facteurs et les maladies, à l’échelle de la cellule. « L’écoulement du sang dans les artères induit différents types de forces physiques : la pression, l’étirement, le cisaillement… En étudiant l’écoulement mais aussi les différences d’écoulement entre les individus, nous essayons de comprendre comment la maladie démarre, quelle est l’implication des forces mécaniques et comment ces dernières régulent la structure et la fonction des cellules de la paroi vasculaire », explique-t-il.

Pour mieux comprendre ces phénomènes et ces interactions, Abdul Barakat et son équipe développent depuis 2015 de grandes et petites artères artificielles physiologiquement pertinentes qui peuvent être utilisées pour étudier les processus pathologiques. « Nous avons constaté que des dispositifs comme les stents pouvaient entraîner des complications sans que l’on comprenne vraiment pourquoi. Pour mieux les tester, nous avons créé une artère artificielle de 3 mm en reconstituant une paroi en hydrogel de collagène et en y associant des cellules musculaires lisses et des cellules endothéliales. Cette artère présente toutes les caractéristiques nécessaires pour tester les stents et analyser la réponse biologique. Elle est aussi utilisée aujourd’hui par plusieurs collaborateurs dans le monde pour d’autres recherches comme l’analyse de l’évolution des plaquettes dans le sang par exemple », indique Abdul Barakat. Depuis 2 ans maintenant, trois doctorants du LadHyX développent également un micro-vaisseau artificiel de 0,12 mm. Celui-ci pourra en outre être utilisé pour étudier le rôle des facteurs mécaniques dans l’apparition de lésions du cerveau provoquées par la maladie d'Alzheimer.

Désireux que ses recherches bénéficient directement aux patients, Abdul Barakat a co-fondé avec Franz Bozsak en 2014 la start-up Instent, devenue Sensome. « Ce projet a été directement motivé par notre recherche fondamentale. Notre objectif initial était d’élaborer un stent intelligent capable de détecter les problèmes cardiaques et de transmettre l’information au patient. Nous avons finalement utilisé cette même technologie de capteurs de pointe pour développer un guide neurovasculaire permettant d’analyser la composition d’un caillot de sang et ainsi d’améliorer le diagnostic et le traitement de l’AVC ischémique. Les essais cliniques de notre dispositif doivent débuter au printemps 2021 », poursuit Abdul Barakat. En couplant des micro-capteurs d’impédance avec des algorithmes d'apprentissage machine, les capteurs de Sensome sont capables d’identifier instantanément les tissus biologiques au contact avec une fiabilité prédictive inédite. La technologie de capteurs développée par l’entreprise peut être déployée dans de nombreux domaines médicaux, tels que la neuroradiologie interventionnelle, la cardiologie interventionnelle ou l'oncologie.

À l’heure de la santé connectée et des traitements de plus en plus ciblés et personnalisés, Abdul Barakat est aussi, en parallèle de ses recherches, porteur du programme d’innovation biomédicale lancé en décembre 2018 par l’École polytechnique, la Fondation Bettencourt Schueller et la Fondation de l’X. Ce programme permet de développer des projets communs entre chercheurs et médecins, sur des thématiques variées et interdisciplinaires en physique, biologie, mathématiques et médecine, dans le but de développer des solutions innovantes destinées à améliorer les soins des patients.

Abdul Barakat est également porteur de l’Ecole Universitaire de Recherche (EUR) BERTIP de l’Institut Polytechnique de Paris dont l’objectif est de former une nouvelle génération d’experts en ingénierie biomédicale capable d’innover et d’apporter une contribution de haut niveau dans le domaine de la santé.

>> Pour en savoir plus sur les travaux d’Abdul Barakat, (re)visionnez la Master Class qu’il a donnée le 1er décembre 2020