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© Nicolas HARMAND / Sylvie HENON / David PEREIRA / MSC / CNRS Images
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La physique pour comprendre et soigner le vivant
La physique joue un rôle essentiel dans la compréhension des mécanismes du vivant et a également des applications dans le domaine médical, en fournissant des outils de diagnostic et de thérapie de pointe.
En s’appuyant sur des expériences, des observations et des modélisations physiques, il est possible d’établir les principes d'organisation des systèmes vivants aux différentes échelles afin de comprendre et connaître les lois de l'évolution.
D’autres défis de la compréhension du vivant sont abordés par des approches physiques. Par exemple, l’étude de l’interaction des ondes avec la matière vivante permet de proposer de nouvelles techniques d’imagerie et de diagnostic. Connaître et caractériser l’activité du vivant par des techniques de quantifications physiques (énergie, mouvement) trouve des applications dans des enjeux de société comme la frugalité et la durabilité, mais aussi dans le biomimétisme, la bio-inspiration, la transformation ou la conversion.
Des techniques telles que la microscopie de fluorescence, l’IRM (imagerie par résonance magnétique) et la TEP (tomographie par émission de positons) permettent d’explorer la structure et la fonction des tissus biologiques à un niveau microscopique, offrant ainsi une compréhension approfondie des mécanismes physiologiques et pathologiques. Alors que la microscopie de fluorescence repose sur l’utilisation de molécules fluorescentes, la TEP passe par une détection de photons gamma émis par des traceurs radioactifs administrés à un patient. L’IRM repose elle sur l’interaction entre les atomes d’hydrogène présents dans les tissus corporels et un champ magnétique puissant. En effet, l’apport de la physique est aussi lié à la production de champs magnétiques de plus en plus précis et intenses.
Ces avancées technologiques ne se limitent pas au diagnostic : elles ont également révolutionné les traitements. L’hadronthérapie, par exemple, utilise des particules lourdes pour cibler précisément les tumeurs, minimisant les dommages aux tissus sains. De plus, les nanoparticules offrent la possibilité de délivrer des médicaments directement aux cellules malades, réduisant ainsi les effets secondaires indésirables. Par exemple, la nanomédecine parvient à encapsuler des médicaments dans une nanoparticule et à la guider vers le site cancéreux, on parle alors de nanomédicaments.
Pour personnaliser davantage les soins de santé, les modèles « patient-spécifiques » et les modèles biomécaniques sont en plein essor. Ils utilisent des données de diagnostic pour créer des simulations informatiques des patients, permettant aux médecins de planifier des interventions chirurgicales précises et efficaces. Ces modèles calculables sont particulièrement utiles pour les interventions complexes, telle que la protonthérapie pour les tumeurs des yeux.
En somme, la physique du vivant révolutionne la médecine en améliorant la précision du diagnostic, en introduisant des thérapies innovantes et en facilitant la planification d'interventions personnalisées. La biomécanique, quant à elle, nous apporte une meilleure connaissance du corps humain et permet l’amélioration des performances.
Mots clés : système vivant, médecine, imagerie médicale, diagnostic, thérapie innovante.
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