L'ingénieur biomédical de WPI crée un nouveau robot pour détecter et surveiller le cancer de la prostate

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Un ingénieur biomédical du Worcester Polytechnic Institute (WPI) est en train de créer un nouveau robot médical utilisant des technologies peu invasives pour détecter et surveiller en toute sécurité et avec précision le cancer de la prostate, deuxième cause de décès par cancer chez les hommes américains.

Haichong (Kai) Zhang, professeur adjoint en génie biomédical et en génie robotique, a reçu un prix du directeur «Early Independence Award» de 1 869 423 $ sur cinq ans des National Institutes of Health (NIH) pour ses travaux en cours visant à créer un système robotique permettant de détecter et d'analyser trois indicateurs du cancer de la prostate: une image 3D de n'importe quelle masse; niveaux élevés d'une protéine produite par les cellules cancéreuses; et les tissus à faible teneur en oxygène causés par la croissance du cancer.

En se concentrant simultanément sur ces signes différents mais complémentaires du cancer de la prostate, Zhang s'attend à ce que son système soit plus précis que les tests actuels tels que les ultrasons et les biopsies non guidés par une IRM. Son travail pourrait également éliminer le besoin de colorant de contraste radioactif, qui est utilisé dans les balayages traditionnels et pose d'autres risques pour la santé.

"Un cinquième des hommes recevront un diagnostic de cancer de la prostate au cours de leur vie et sa récurrence est très élevée", a déclaré Zhang, chercheur principal du projet de recherche, "Identification du cancer agressif de la prostate par imagerie photoacoustique photoacoustique multiparamétrique" ( DP5 OD028162).

"Pour le moment", a-t-il déclaré, "les meilleures méthodes de détection précoce du cancer de la prostate ne sont pas aussi précises que nous en avons besoin, et elles ne sont pas sans risque. Mon objectif est de créer un environnement peu invasif, facilement accessible, et moyen économique de mieux détecter ce cancer ".

Selon les données du NIH sur le cancer de 2016, le cancer de la prostate était le cancer non cutané le plus souvent diagnostiqué et près de 200 000 nouveaux cas ont été diagnostiqués aux États-Unis cette année-là. Le diagnostic du cancer de la prostate implique généralement un test sanguin pour rechercher des antigènes spécifiques de la prostate (PSA) pouvant indiquer un cancer, un examen rectal manuel, des biopsies et des échographies. Les échantillons de biopsie prélevés au hasard conduisent souvent à la sous-estimation d'un cancer de la prostate à haut risque, à des diagnostics faussement négatifs et à la nécessité de répéter les biopsies. Les NIH ont indiqué que le degré ou le stade du cancer de la prostate n’était déterminé avec précision que dans 37% des cas de biopsie.

Zhang et Gregory Fischer, professeur d'ingénierie robotique et pionnier bien connu dans le domaine émergent de la chirurgie robotique guidée par IRM, vont créer un robot d'imagerie chirurgicale fonctionnant dans un appareil d'IRM afin d'insérer une sonde d'imagerie dans le rectum du patient, à proximité du prostate. Une fois qu'une image est capturée, la sonde sera manipulée de manière robotique afin de pouvoir capturer d'autres images sous des angles légèrement différents, pour finalement compiler une image 3D de la prostate et de toute tumeur présente. Cette technologie permet de montrer la tumeur à des stades plus précoces qu'une image échographique, qui montre généralement la structure de la prostate mais pas la localisation de la tumeur, et échoue souvent à détecter les tumeurs au stade précoce. Le système robotique est également conçu pour effectuer des biopsies à l'aiguille guidée. En utilisant le système photoacoustique, le bras robotique peut localiser précisément la tumeur et la cibler.

Le dispositif robotique de Zhang utilisera l'imagerie photoacoustique, qui combine l'imagerie optique et les ultrasons, la lumière pulsée dans les tissus et la réception d'ondes acoustiques en retour. Le signal acoustique fournit des informations sur la santé du tissu, contrairement aux ultrasons traditionnels. Différents types de tissus émettent différents types d'ondes acoustiques afin que le système puisse faire la différence entre un tissu sain et bien oxygéné et un tissu hypoxique ou appauvri en oxygène. Les cellules cancéreuses réduisent le transport d'oxygène et de nutriments dans les vaisseaux sanguins environnants.

Les images tridimensionnelles, la détection PSMA et la détection hypoxie sont toutes complémentaires. Ils nous donnent tous des indices différents, différentes approches pour détecter le cancer avec une sensibilité beaucoup plus élevée. Cela signifie que nous devrions pouvoir détecter le cancer de la prostate plus tôt, car il est beaucoup plus facile à traiter. "

Haichong (Kai) Zhang, professeur assistant en génie biomédical et en robotique, WPI

Fischer a déclaré qu'il était ravi de travailler avec Zhang pour créer la prochaine génération de son robot guidé par IRM pour la détection et le traitement du cancer de la prostate. "Avec la technologie de Zhang, nous aurons une plus grande capacité à identifier une masse et à la cibler directement avec une aiguille de biopsie. C'est la clé."

Zhang collabore également avec des chercheurs de l'Université Johns Hopkins au développement d'un agent de contraste non radioactif pouvant être utilisé lors de l'imagerie photoacoustique pour cibler le PSMA, une protéine spécifique exprimée dans le cancer de la prostate et pouvant indiquer la présence d'une forme agressive de la maladie. Cela peut éliminer le besoin des agents de contraste actuels, qui sont radioactifs et peuvent poser des risques supplémentaires pour la santé.

Le prix Early Independence Award du directeur des NIH, créé en 2010, fait partie du programme de recherche à haut risque et très rentable de l'organisation, qui soutient ce que les NIH décrivent comme "des scientifiques exceptionnellement créatifs menant des recherches très novatrices pouvant avoir un impact considérable". Ce prix permet aux jeunes scientifiques récemment diplômés ou titulaires d'un doctorat en médecine de ne pas suivre la formation postdoctorale traditionnelle et d'occuper immédiatement des postes de recherche indépendants. Treize prix seront décernés pour 2019.

Zhang a obtenu son doctorat en informatique à Johns Hopkins. Pendant son séjour là-bas, il a reçu une subvention de près de 200 000 dollars du ministère de la Défense et des programmes de recherche médicale dirigés par le Congrès afin de travailler sur la recherche en imagerie liée à son projet actuel.

La source:

Institut polytechnique de Worcester

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