Le « nez électronique » médical

En 2008, des neurobiologistes et des mathématiciens de l'Institut Weizmann de Rehovot sont parvenus pour la première fois à établir une « carte » olfactive de 250 produits odorants. La mise au point d’un nez électronique a rendu possible de prédire la perception d’une odeur comme bonne ou mauvaise. L’algorithme des neurones artificiels a révélé que l’impression agréable ou désagréable d’une senteur est intimement reliée à sa structure moléculaire.
Se basant sur cette découverte, les chercheurs ont remarqué qu’un malade dégage une exhalaison particulière. La cancérogenèse et d'autres pathologies s'accompagnent en effet d'un métabolisme cellulaire changeant, notamment dans la production de radicaux libres qui dégradent les acides gras des membranes. Cette détérioration donne naissance à des composés saturés formés de carbone et d'hydrogène, tels l'éthane et le pentane, excrétés sous forme volatile dans l'air expiré. Ainsi, chaque type de maladie possèderait une forme unique d’éléments organiques volatils identifiable. S’appuyant sur ce principe, le « nez électronique » a été conçu pour déceler les changements d’odeurs dans le souffle des patients, indiquant grâce à ses nano-senseurs, le début d’une pathologie. L’appareil au stade expérimental a obtenu 89% de réussite lors de dépistages précoces du cancer du sein et 100% de réussite pour ceux du cancer du poumon. Ce nouveau type de diagnostique présente l’avantage d’être non invasif et peu coûteux. En plus des maladies cancéreuses, l’appareil réussirait aussi à détecter des problèmes rénaux.

Un nez artificiel au service de la médecine
A 37 ans, le Docteur Hossam Haïk, chercheur israélien (arabe chrétien), professeur à la Faculté d’ingénierie chimique et à l’Institut de Nanotechnologie du Technion de Haïfa, est un spécialiste de l’odeur. Directeur du laboratoire d’instruments à base de nanomatériaux, leader dans le domaine de la recherche pluridisciplinaire sur le diagnostic médical, il est l’inventeur du nez électronique développé pour déceler les débuts de cancer grâce aux systèmes olfactifs constitués de nano-détecteur non-invasifs.
Pour la qualité de ses travaux de recherche, la France a décerné au Docteur Haïk en 2004, le grade de Chevalier dans l’Ordre des Palmes Académiques. En 2006, il a obtenu une subvention de 1,73 millions d’euros du Programme Européen de Recherche & Développement (PCRD), contribution la plus importante jamais reçue par un Israélien. En 2008, le Docteur Haïk a été reconnu internationalement et classé parmi les 35 plus jeunes scientifiques importants du monde, par la prestigieuse revue technologique américaine du MIT (Massachussetts Institut of Technology). Aujourd’hui, il dirige une équipe d’une trentaine de jeunes chercheurs israéliens et étrangers.

Qu’est ce que l’odeur ?
Docteur Hossam Haïk : c’est un mélange organique avec une concentration chimique différente pour chaque arôme. Par un procédé biochimique, l’odorat via quelques centaines ou milliers de capteurs nasaux suivant les espèces vivantes, permet de distinguer les signaux éclectiques transmis au cerveau.

Comment fonctionne la mémoire olfactive ?
Dr. Haïk : Elle ne dépend pas des capteurs nasaux mais provient du cerveau, des souvenirs enregistrés depuis l’enfance et associés à des expériences, des situations. Le système olfactif se développe seul et apprend de lui-même. Puis les neurones parviennent à identifier les odeurs en comparant les signaux perçus. C’est une question d’apprentissage. Chaque odeur est ensuite associée à un concept : orange, pomme, chocolat, etc.

Quel lien existe-t-il entre neurologie, génétique et mémoire concernant l’odorat ?
Dr. Haïk : Il est très important. La génétique permet à chaque être vivant d’avoir un odorat qui lui est propre. Certains gènes spécifiques permettent ainsi à des individus de reconnaître de grands crus rien qu’à l’odeur. Tout comme l’ADN est caractéristique de chaque personne, il en est de même des gènes de l’odorat. Ils sont différents chez chacun de nous. Concernant le lien neurologique, nous avons remarqué qu’un des signes avant-coureurs de la maladie de Parkinson est la perte de l’odorat, parfois dix ou quinze ans avant son diagnostique. Cette découverte permet d’orienter les recherches médicales dans ce sens.

Quelle action provoque l’odeur sur les êtres vivants ?
Dr. Haïk : En fait, elle influence tout. L’odeur permet par exemple de détecter un danger : un incendie, un produit toxique et même des maladies. Elle aide également à nous guider dans la vie de tous les jours, à nous repérer comme une sorte de GPS, surtout chez lez animaux. Les senteurs permettent aussi d’influer sur le comportement, sur le psychisme très important. Elles détiennent le pouvoir de calmer ou d’endormir. Certains hôtels en Europe parfument d’ailleurs leurs lits afin d’offrir aux clients des sommeils plus paisibles et agréables.  Enfin, l’odeur devient un outil clinique d’identification des microorganismes.

L’odeur est-elle une donnée scientifique objective  ou une perception subjective, culturelle, personnelle ?
Dr. Haïk : En fait les deux. Cela dépend du contexte. Dans la vie de tous les jours, elle se réfère davantage au subjectif. Mais en laboratoire, elle relève plus de la donnée scientifique mesurable et quantifiable. Le « nez électronique » que nous avons développé ici au Technion opère la synthèse des deux.

Comment en êtes-vous arrivé à vous intéresser aux odeurs et à inventer un « nez électronique » ?
Dr. Haïk : En tant qu’ingénieur chimiste spécialisé en diagnostique, il me manquait des outils de recherche. Je me suis alors intéressé à la nanotechnologie qui m’a permis de développer un instrument répondant à mon champ de prospection.

A quoi est-il destiné ?
Dr. Haïk : Il sert essentiellement à diagnostiquer précocement les cancers. Mais aujourd’hui, son domaine d’application s’étend. Il aide également à découvrir toutes sortes de maladies. Au-delà du médical, il peut aussi être utilisé dans l’agriculture ou la sécurité.

Quel est l’avantage du « nez électronique » sur le flair biologique ?
Dr. Haïk : Il est plus sensible que l’odorat humain, toutefois moins affiné que celui du chien capable de déceler un large spectre d’odeurs mais pas de les classer. Le « nez électronique » est un compromis des deux : il synthétise la sensibilité du flair canin avec l’intelligence humaine pour obtenir un résultat objectif quantitatif. Cet outil est déjà appliqué en médecine au stade expérimental mais pas encore au niveau industriel ou commercial. Il faut attendre environ 3 ou 4 ans pour que le « nez électronique » obtienne la validation de mise sur le marché du Ministère de la Santé.

Dans quels secteurs d’application le « nez électronique » peut-il être utilisé ?
Dr. Haïk : En principe, dans tous les domaines. Actuellement, il est employé pour le contrôle qualité dans l’industrie alimentaire, pour la vérification de l’état de fraicheurs des produits dans l’agriculture, pour la recherche de stupéfiants ou d’explosifs dans les aéroports concernant la sécurité. Il connait aussi des applications dans divers champs de la biotechnologie.

Globalement, où se situe la recherche israélienne concernant l’olfaction ?
Dr. Haïk : Le nombre d’équipes est très restreint – 3 en tout – mais la qualité de la recherche est très élevée. Israël se place en très bonne position mondialement, notamment dans les domaines de l’odorat humain et biologique ainsi que de l’olfaction électronique.


Noémie Grynberg 2010

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