LE PROJET PHENIX
Développé par Ies ingénieurs Orianne Bastin et Max Thulliez et la docteure Alia Hadefi, le projet Phenix vise au développement d’un nouveau dispositif endoscopique permettant d’appliquer du plasma froid au contact des muqueuses digestives entrainant l’ablation de ces dernières.
Cette méthode pourrait traiter les pathologies métaboliques telles que le diabète de type 2, le « foie gras » (NASH-stéatohépatite non alcoolique) ou encore des maladies telles que l’œsophage de Barrett.
Les recherches portent
- d’une part sur la mise au point du dispositif endoscopique permettant de générer, transporter et répartir le plasma par les voies naturelles
- d’autre part sur l’étude en laboratoire des effets cellulaires et moléculaires lorsque du plasma froid est appliqué sur le tissu digestif.
Le plasma froid atmosphérique est un gaz ionisé comportant plusieurs espèces réactives à température ambiante. En particulier, les espèces réactives de l’oxygène permettent de déclencher un stress oxydatif dans les cellules, pouvant créer plusieurs résultats, dont la mort de la cellule.
Dans le cas du diabète de type 2 et de la NASH, la muqueuse de l’intestin est dysfonctionnelle (absorption des sucres et fonction hormonale perturbée, changements au niveau du tissu). Plusieurs études suggèrent que le traitement de cette muqueuse pourrait permettre de soigner ces maladies.
L’oesophage de Barrett est une affection pré-cancéreuse de la muqueuse oesophagienne qui est déjà traitée en clinique par ablation de muqueuse.
L’originalité de ce projet réside dans le caractère physico-chimique de cette nouvelle application médicale et son action induisant potentiellement une « mort cellulaire programmée » qui devrait permettre de réduire les complications.
Le plasma froid se répartit de façon uniforme pour produire un traitement sûr et efficace.
Ce projet illustre bien, la synergie entre la clinique, la recherche appliquée et la recherche médicale translationnelle.
Ce projet a donné lieu à plusieurs publications.
PLASMA BASTIN ORIANNE d_55_41_415204Un premier article décrivant le dispositif a été publié dans Plasma Medicine : « Optical and electrical characteristics of an endoscopic DBD plasma jet » par Orianne Bastin, Max Thulliez, Jean Servais, Antoine Nonclercq, Alain Delchambre, Alia Hadefi, Jacques Devière, François Reniers.
Il en décrit les caractéristiques électriques et optiques.
Il est accessible ICI
Les chercheurs du projet PHENIX ont développé un modèle reproduisant les tissus humains et permettant d’étudier l’intensité et l’étendue du traitement sans devoir recourir à des tests sur les animaux.
Ce modèle a permis d’optimiser l’intensité du traitement plasma en étudiant plusieurs paramètres tels que son flux ou ses paramètres électriques.
Ce développement a également mené à la publication d’un article de revue de la littérature visant à décrire leur utilisation, les défis qui y sont liés et les bonnes pratiques.
Celui-ci permettra d’établir une base solide pour le développement de tels modèles et donner un aperçu de la littérature pertinente aux chercheurs intéressés.
L’article, « Gel models to assess distribution and diffusion of reactive species from cold atmospheric plasma : an overview for plasma medicine applications« , a été publié par Max Thulliez, Orianne Bastin, Antoine Nonclercq, Alain Delchambre et François Reniers dans la revue « Journal of Physics D: Applied Physics » .
Il est accessible en suivant ce LIEN
Grâce au modèle ex vivo de cellules souches primaires sous la forme d‘organoïdes qui reproduit les caractéristiques physiologiques et génétiques de l’épithélium intestinal, l’équipe de chercheurs, a été capable d’étudier en laboratoire les effets cellulaires et moléculaires qui surviennent lorsque le plasma froid est appliqué sur du tissu digestif.
L’organoïde est constitué de protrusions (flèches blanches) où se trouvent les cellules souches intestinales qui donnent naissance aux progéniteurs, eux-mêmes à l’origine des cellules spécialisées (flèches rouges). Cette image illustre la technique de microscopie par immunofluorescence permettant de cibler des protéines d’intérêt grâce à des substances fluorescentes.
On aperçoit en vert, le marqueur de cellules souches (olfactomedin 4), en bleu, les noyaux (DAPI) et en rouge le marqueur de prolifération (PCNA).
Un troisième article de l’équipe Phenix a été publié sur ce sujet.
Il s’intitule « Cold atmospheric plasma differentially affects cell renewal and differentiation of stem cells and APC-deficient-derived tumor cells in intestinal organoids » et est maintenant disponible en libre accès ICI
Il décrit l’effet de notre système de plasma atmosphérique froid sur les organoïdes, des cultures de cellules intestinales de souris auto-renouvelées en 3D modélisant la muqueuse intestinale.
Ils constituent un modèle très précis pour prédire la réponse au traitement chez les patients et c’est leur première utilisation rapportée en médecine plasmatique, attendue depuis longtemps !
Un quatrième article présente des améliorations au système endoscopique avec un canal séparé dans le cathéter transportant de l’oxygène pour améliorer la réactivité du plasma sur place.
Cette étude expérimentale a permis de caractériser l’effet du débit de l’hélium sur la création des espèces réactives du plasma, leur transport et le traitement de surfaces qui en résulte. En particulier, l’utilisation d’un modèle de gels simulant les tissus humains, basé sur les précédents travaux, s’est révélé extrêmement utile pour améliorer le traitement.
L’article, intitulé “Effect of gas flow on a helium/oxygen endoscopic plasma jet” a été publié par Max Thulliez, Orianne Bastin, Antoine Rémy, Antoine Nonclercq, Jacques Devière, Alain Delchambre, François Reniers dans la revue “Journal of Physics D: Applied Physics”. Il est accessible ICI
Un autre article s’intéresse à un nouveau type de signal électrique pour améliorer l’efficacité du plasma, en étudiant l’effet de différents paramètres et en présentant un modèle électrique du système endoscopique.
Il s’intitule « Analysis of a Nano-pulsed DBD Plasma Jet for Endoscopy and impact of Excitation Parameters » et a été publié par Orianne Bastin, Max Thulliez, Alain Delchambre, Jacques Devière, François Reniers, Antoine Nonclercq dans la revue “Journal of Physics D: Applied Physics” .
Il est accessible ICI
Max Thulliez, l’un des 3 chercheurs de l’équipe Phenix, a défendu sa thèse de doctorat le 8 juillet 2022.
Cette équipe composée d’un médecin, de deux ingénieurs et d’une technicienne de recherche, a mis au point un dispositif de génération de plasma froid pour des applications endoscopiques.
Ce dispositif a pour objectif de régénérer les muqueuses déficientes du tube digestif ou de décontaminer les endoscopes, de manière plus efficace que les méthodes actuelles.
Soutenu par la Fondation depuis 4 ans, le boursier Max Thulliez, a défendu publiquement sa thèse qui s’intitule » Design and optimization of a cold plasma application system for endoscopic treatment « , et est accessible via YOUTUBE
Orianne Bastin, la deuxième chercheuse de l’équipe Phenix, a défendu également avec succès sa thèse en vue de l’obtention du titre de Docteur en Sciences de l’Ingénieur et Technologie le 16 novembre 2022.
Cette thèse est intitulée « Charcterization and modeling of a cold atmospheric plasma (CAP), source for endoscopic treatment » .
Cette défense est accessible via ce LIEN
Les deux co-promoteurs de la thèse sont :
- le Prof. Alain Delchambre
- le Prof Antoine Nonclercq
tous deux enseignants au sein du service Beams de l’Ecole polytechnique de Bruxelles.
Nous sommes très heureux d’annoncer la publication du dernier article de l’équipe Phenix intitulé
« Analysis of a nano-pulsed DBD Plasma jet for endoscopy and impact of excitation parameters »
par Orianne Bastin, Max Thulliez, Alain Delchambre, Jacques Devière, François Reniers and Antoine Nonclercq
L’article est accessible ICI
Le plasma froid peut être utilisé, comme l’a montré la thèse de Max Thulliez, pour resurfacer les parois du duodenum, ce qui pourrait déboucher sur un traitement pour le diabète de type 2. Le comportement électrique de ce plasma, qui doit être transféré depuis la source jusqu’à la sortie de l’endoscope, n’est pas encore totalement compris. L’article présente, pour la première fois, un modèle électrique équivalent d’un source plasma de longueur importante.
Ce modèle a été validé expérimentalement et permettra de concevoir des dispositifs endoscopiques qui utiliseront du plasma froid, en toute sécurité pour le patient et pour le personnel soignant.
Le Dr Alia HADEFI, la troisème chercheuse de l’équipe, a défendu le 21 octobre 2024 sa thèse doctorat intitulée « Evaluation of Endoscopic Bariatric Metabolic Therapies (EBMTs) in the setting of Metabolic Dysfunction – Associated Steatotic Liver Disease (MASLD) : from human clinical trials to translational studies. »
Les recherches, soutenues notamment par la Fondation, portaient sur l’étude des procédures endoscopiques bariatriques et métaboliques dans le traitement de l’hépatopathie stéatosique associé à un dysfonctionnement métabolique (MASLD).
Une partie de ses travaux ont été le fruit d’un travail de collaboration multidisciplinaire avec des ingénieurs du BEAMS et a consisté à étudier l’effet du plasma atmosphérique froid sur la muqueuse duodénale en utilisant le modèle ex vivo organoïde.
Cette étude a permis non seulement de mettre au point un nouveau dispositif endoscopique capable de délivrer le plasma froid mais également d’observer que ce traitement était associé à une ablation des cellules saines de la muqueuse duodénale.
Ce type de traitement endoscopique pourrait être intéressant dans le traitement des maladies métaboliques tels que le diabète de type 2 et la MASLD et est actuellement en cours d’investigations avec une nouvelle équipe de doctorants.
Les recherches, soutenues notamment par la Fondation, portaient sur l’étude des procédures endoscopiques bariatriques et métaboliques dans le traitement de l’hépatopathie stéatosique associé à un dysfonctionnement métabolique (MASLD).
Une partie de ses travaux ont été le fruit d’un travail de collaboration multidisciplinaire avec des ingénieurs du BEAMS et a consisté à étudier l’effet du plasma atmosphérique froid sur la muqueuse duodénale en utilisant le modèle ex vivo organoïde.
Cette collaboration a été initiée entre
- le service Beams de l’Ecole polytechnique de Bruxelles (Bio-Electro And Mechanical Systems),
- le laboratoire IRIBHM (Institut de recherche interdisciplinaire en biologie humaine et moléculaire – Faculté de Médecine ULB – Prof. Marie-Isabelle Garcia),
- le service de Chimie des Structures, Interfaces et Nanomatériaux (ChemSIN) – Faculté des Sciences – ULB
- et des gastro-entérologues issus du Département de Gastro-entérologie de l’Hôpital Erasme
avec le soutien de la Fondation Michel Cremer.
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