Une percée dans la surveillance médicale: Stabilisation médicale de nouvelle génération avec des biosenseurs portables à base de nanoparticules

Dans le contexte du vieillissement, des maladies chroniques et d’une population croissante, le système de santé subit une transformation vitale.

Les soins de santé deviennent tout simplement de plus en plus centrés sur l’individu. Cette tendance est alimentée par les appareils portables, qui permettent une mesure continue des biomarqueurs critiques pour le diagnostic médical, le suivi de l’état de la maladie, la santé et l’environnement environnant, ainsi que l’évaluation des fluides biologiques tels que la sueur, la salive, les larmes et le sang.

Ces appareils portables sont des dispositifs électroniques portables qui utilisent des capteurs pour collecter des données en temps réel sur divers paramètres physiologiques, ce qui permet à son tour un suivi continu des niveaux d’activité et de la santé.

Plus important encore, ces biosenseurs aident les personnes ordinaires à surveiller leur propre santé depuis n’importe où et à tout moment. En particulier, ces appareils peuvent aider les patients atteints de maladies chroniques à réduire le nombre d’hospitalisations et à économiser des coûts. Globalement, les gens peuvent mieux gérer leur vie et leur santé grâce aux appareils portables.

Parallèlement, les médecins peuvent détecter tôt les problèmes de santé potentiels, réagir immédiatement et fournir des plans de soins personnalisés, tandis que les hôpitaux peuvent économiser sur les coûts d’équipement.

Selon les paramètres mesurés, les biosenseurs portables peuvent être de différents types, tels que les capteurs optiques, électrochimiques, électromécaniques, chimiques et optoélectroniques. Ces appareils peuvent être portés sur le corps humain ou implantés à l’intérieur pour surveiller les signaux biologiques en effectuant des mesures non invasives des marqueurs biochimiques.

En termes de conception ou d’utilité, les appareils portables peuvent être classés de plusieurs manières différentes.

Pour commencer, les appareils portables montés au poignet (WWD), comme le nom l’indique, sont généralement portés au poignet. Les montres intelligentes ou les bracelets de fitness sont des exemples de ces appareils, qui ont évolué à partir de modèles basés uniquement sur l’accéléromètre pour inclure maintenant la détection biométrique utilisée comme dispositifs de surveillance humaine non invasifs.

Les bracelets, en particulier, sont conçus pour suivre la santé et les activités physiques humaines. Ils disposent de fonctionnalités assez limitées et, parfois, n’ont même pas d’écran d’affichage pour les notifications. Fitbit, Amazon (AMZN ) Halo Band et Huawei Talkband B3 sont des exemples populaires.

Les montres-bracelets ou montres intelligentes sont l’un des types d’appareils portables les plus populaires, qui surveillent des signaux physiologiques humains spécifiques et la biomécanique. Elles utilisent des capteurs et des batteries pour collecter des informations et les transférer au smartphone pour l’analyse et la lisibilité. Parmi les exemples populaires de montres intelligentes figurent l’Apple Watch, la Samsung Galaxy Watch et la Garmin Fenix. Elles permettent le suivi de mesures telles que l’ECG, l’oxygène sanguin, le SpO2, le stress, le sommeil et la fréquence cardiaque, entre autres.

Ensuite, il existe des patchs pour l’analyse en temps réel des fluides corporels comme la sueur et la température. Cela comprend les patchs de surveillance du glucose Abbott FreeStyle Libre et Dexcom G7, le Gatorade Gx Sweat Patch pour analyser la composition de la sueur afin de fournir des recommandations d’hydratation, et le TempTraq pour le suivi continu de la température.

En plus des mains, la tête est une autre partie du corps où ces appareils sont portés. Les outils montés sur la tête comme les casques, les lunettes et les casquettes sont des dispositifs visuels offrant des capacités mains libres.

En ce qui concerne les lunettes intelligentes, nous avons vu des modèles tels que les Ray-Ban Meta Smart Glasses, Vuzix Blade & Vuzix Shield, Rokid Max et Xreal offrant des caméras intégrées, des haut-parleurs, du streaming, de l’IA, entre autres fonctionnalités pour les secteurs industriel, médical, informatique, entreprise et jeu.

Même les casques intelligents gagnent en popularité, non seulement comme protection mais aussi pour fournir des services intelligents en s’intégrant à des capteurs électroniques, des systèmes d’alerte et de communication. Les casques sont également explorés pour traiter la dépression en transmettant de faibles impulsions électriques au cerveau.

Vêtements intelligents ou E-Textiles sont un autre type d’appareil portable qui utilise des matériaux intelligents réagissant aux changements mécaniques, thermiques et chimiques. Les e-textiles peuvent également détecter les stimuli externes de l’environnement.

Dans le domaine des e-textiles, nous avons les chemises intelligentes Hexoskin qui suivent la fréquence cardiaque, le rythme respiratoire et le mouvement pour les athlètes et l’usage médical. Ces vêtements lavables fournissent des données continues cardiaques, pulmonaires, d’activité, de sommeil, des rapports électrocardiographiques et de ventilation respiratoire. Hexoskin propose des vêtements intelligents non invasifs et confortables pour les hommes, les femmes et les enfants, avec des fonctionnalités supplémentaires anti-odeur et de protection UV. En termes de technologie, ils offrent plus de 36 heures d’autonomie, plus de 100 jours d’enregistrement et une connectivité Bluetooth.

En plus des chemises, les chaussettes, les vêtements de nuit, les vestes et les chaussures deviennent intelligents. Ainsi, le monde des appareils portables est clairement en pleine expansion alors que les gens accordent de plus en plus d’importance à leur santé et à leur bien-être. Cette croissance est encore alimentée par la facilité d’accès aux données en temps réel, les avancées de la technologie des capteurs et l’expansion des applications de santé.

Nanoparticules imprimables pour les biosenseurs portables

Alors que les biosenseurs portables ouvrent de nouveaux horizons dans la médecine de précision, des chercheurs de Caltech ont développé une technique qui permet la production en masse de capteurs de sueur portables durables.

Avec cette technologie, qui consiste à imprimer par jet d’encre des réseaux de nanoparticules spéciales, la recherche vise à résoudre les défis de l’évolutivité de la production, de l’instabilité opérationnelle et du nombre limité de cibles détectables qui entravent l’adoption généralisée des biosenseurs portables et implantables.

Les nanoparticules imprimables à cœur-souche sont dotées d’une double fonctionnalité intégrée — une coque de polymère imprimé moléculairement pour reconnaître une cible spécifique et un cœur de nickel hexacyanoferrate (NiHCF) pour stabiliser la transduction électrochimique. 

En utilisant une formulation d’encre de nanoparticules optimisée via l’impression jet d’encre, les ingénieurs de Caltech ont démontré la possibilité de produire en masse des biosenseurs flexibles et robustes capables de surveiller en continu un large spectre de biomarqueurs. Cela comprend les médicaments, les vitamines, les acides aminés et les métabolites.

L’équipe a en outre démontré l’efficacité de ces biomarqueurs dans la surveillance métabolique portable de la créatinine, du tryptophane et de la vitamine C chez des individus souffrant de COVID-19 de longue durée. 

Ils ont également utilisé avec succès les nouvelles nanoparticules et validé l’utilité des biomarqueurs dans le suivi thérapeutique des médicaments pour les patients atteints de cancer ainsi que dans un modèle murin en fournissant une analyse en temps réel des immunosuppresseurs tels que l’acide mycophénolique, le cyclophosphamide et le busulfan.

Mais ce n’est pas tout ce qui est possible avec cette technologie.

« Il existe de nombreuses maladies chroniques et leurs biomarqueurs que ces capteurs nous permettent désormais de surveiller en continu et de manière non invasive. »

– Wei Gao, auteur correspondant et professeur d’ingénierie médicale au sein du département d’ingénierie médicale Andrew et Peggy Cherng à Caltech

Selon le article publié¹ dans la revue Nature Materials détaillant la technique, les cubes de nanoparticules sont formés dans une solution qui comprend la molécule spécifique, comme la vitamine C, que les chercheurs souhaitent suivre.

La molécule cible est ensuite piégée à l’intérieur des nanoparticules cubiques lorsque les monomères s’assemblent spontanément pour former un polymère. Un solvant est ensuite utilisé pour éliminer les molécules cibles, laissant spécifiquement une coque de polymère imprimé moléculairement.

Cette coque est parsemée de trous dont les formes correspondent exactement à celle de la molécule cible, à l’instar des anticorps artificiels qui identifient sélectivement les formes de molécules spécifiques.

Il est à noter que les chercheurs de la nouvelle étude combinent les polymères spécialement formés avec un cœur de nanoparticules composé du composé chimique NiHCF. Ce composé est connu pour ses propriétés uniques, qui comprennent une bonne conductivité électrique, une haute stabilité thermique, la capacité à subir des réactions redox réversibles et un comportement magnétique. Ces propriétés font du NiHCF un matériau prometteur pour les supports de stockage magnétique, la catalyse et les dispositifs de stockage d’énergie électrochimique tels que les batteries, ainsi que pour les capteurs et biosenseurs.

Plus important encore, le NiHCF peut également être oxydé sous une tension électrique appliquée lorsqu’il entre en contact avec des fluides corporels tels que la sueur.

Dans cette étude, le fluide entrera en contact avec le cœur NiHCF uniquement si les trous en forme de la molécule cible sont inoccupés, ce qui générera un signal électrique.

Cependant, lorsque les molécules rencontrent le polymère, elles glissent dans ces trous. Cela empêche les fluides corporels comme la sueur de contacter le cœur, affaiblissant ainsi le signal électrique. Ainsi, la force du signal électrique révèle la quantité de la molécule ciblée, comme la vitamine C, présente. Gao a expliqué:

« Ce cœur est crucial. Le cœur de nickel hexacyanoferrate est hautement stable, même dans les fluides biologiques, ce qui rend ces capteurs idéaux pour des mesures à long terme. »

Les nanoparticules à cœur-souche créées sont très flexibles. Elles sont utilisées pour imprimer des réseaux de capteurs qui calculent la quantité d’hormones, d’acides aminés, de médicaments ou de métabolites dans la sueur ou les fluides corporels simplement en utilisant plusieurs « encres » de nanoparticules dans un seul réseau. 

Par exemple, les chercheurs ont également imprimé des nanoparticules qui se lient à la créatinine, le biomarqueur couramment utilisé, pour examiner le bon fonctionnement des reins. L’équipe a combiné ces nanoparticules, ainsi que celles qui se lient à la vitamine C et à le tryptophane, en un seul capteur, qui a ensuite été produit en masse pour étudier des patients atteints de COVID long.

Des capteurs portables à base de nanoparticules ont également été imprimés pour trois médicaments anticancéreux spécifiques mais différents sur des capteurs individuels que les chercheurs ont testés au centre de recherche et de traitement du cancer de la City of Hope.

Selon Gao, qui est également boursier Ronald et JoAnne Willens et chercheur à l’Heritage Medical Research Institute:

« En démontrant le potentiel de cette technologie, nous avons pu surveiller à distance la quantité de médicaments anticancéreux dans le corps à tout moment. »

Cela ne montre pas seulement la voie pour atteindre la personnalisation des doses pour le cancer, mais aussi pour de nombreuses autres affections, a-t-il ajouté.

En plus de tout cela, l’équipe a démontré que les nanoparticules peuvent même être utilisées pour imprimer des capteurs implantables juste sous la peau afin de surveiller avec précision les niveaux de médicaments dans le corps.

Cliquez ici pour découvrir comment la healthtech innovante progresse avec des appareils portables avancés.

Entreprise leader de la technologie portable

Examinons maintenant le nom le plus en vue du secteur de la technologie portable qui continue d’innover.

1. Apple

La plus grande entreprise du monde en capitalisation boursière avec 3,63 billions de dollars, Apple (AAPL ) voit ses actions se négocier actuellement à 241,53 $, en baisse de 3,55 % depuis le début de l’année. Son BPA (TTM) est de 6,96, et le ratio P/E (TTM) est de 34,69. Le rendement du dividende versé par Apple est de 0,41 %.

Apple a rejoint le secteur des appareils portables il y a plus d’une décennie en lançant l’Apple Watch Series 0, le premier de la gamme. Alors que le secteur des montres intelligentes était déjà saturé à l’époque, Apple a tout de même réussi à s’imposer malgré son entrée tardive. 

Au fil des ans, Apple a pu s’emparer d’une part importante de ce marché, mais ces dernières années, elle a connu un déclin. En 2020, sa part de marché dépassait 34 %, ce qui est tombé à environ 30 % l’année suivante.

Selon IDC, la part de marché d’Apple du premier au troisième trimestre 2024 était de 16,2 % avec 22,5 millions d’expéditions, en baisse par rapport à 18,4 % à la même période l’année précédente. Ainsi, Apple se place maintenant en deuxième position tandis que Huawei dépasse avec 23,6 millions d’expéditions et capture une part de marché de 16,9 %. Ces deux sont suivis par Xiaomi, Samsung et BBK. Ainsi, bien qu’Apple maintienne une forte présence, elle fait désormais face à une concurrence féroce.

Dans tout cela, Apple continue de travailler sur sa technologie portable, élargissant désormais ses ambitions de recherche en santé pour utiliser ses appareils dans une étude visant à suivre les changements de santé des participants. L’entreprise vise à exploiter les appareils et les applications que les gens utilisent quotidiennement afin d’évaluer les liens entre la santé mentale et physique ainsi que les déterminants sociaux et la façon dont ils influencent le bien-être global d’une personne.

Cela vise à les aider à identifier des signaux dans les données de santé d’une personne afin de détecter potentiellement une condition de santé. L’étude Apple Health sera rendue disponible dans l’application Research, ce qui a aidé l’équipe à obtenir des « informations précieuses » pour développer de nouveaux outils comme Walking Steadiness sur iPhone et l’application Vitals sur l’Apple Watch.

L’année dernière, l’entreprise a également commencé à explorer l’idée de développer de nouveaux appareils portables tels que des lunettes intelligentes, une bague de fitness et même des AirPods avec caméras.

Une bague intelligente à porter sur le doigt a été initialement recommandée par le groupe de conception il y a quelques années, afin d’intégrer les fonctionnalités de suivi de santé de l’Apple Watch, mais plus récemment, les ingénieurs ont évoqué la possibilité de lunettes intelligentes pouvant fournir de l’audio, utiliser une caméra et l’IA pour identifier des objets, et finalement servir de tremplin à l’ambition d’Apple de créer de véritables lunettes AR que l’on peut porter toute la journée.

L’entreprise travaille également d’arrache-pied sur les écouteurs AirPods, le casque Vision Pro, les écouteurs Beats, le haut-parleur HomePod et l’Apple Watch afin de renforcer son activité d’appareils portables. 

Il est intéressant de noter qu’Apple a breveté une nouvelle technologie de montre intelligente qui pourrait permettre la surveillance de la pression artérielle sur l’Apple Watch sans recourir à des capteurs optiques. Pour l’instant, l’Apple Watch propose des applications puissantes telles que les notifications de fréquence cardiaque et de rythme irrégulier, l’historique de l’AFib, l’application ECG, les notifications de faible forme cardio, le niveau d’oxygène sanguin et la détection de chute pour aider les gens à mener une vie saine.

Mais ce n’est pas tout. Les écouteurs AirPods Pro 2 d’Apple offrent même la fonctionnalité d’appareils auditifs en vente libre. Bien que le test auditif soit impressionnamment précis, il convient aux personnes présentant une perte auditive légère à modérée.

Maintenant, la santé financière de l’entreprise — Apple a récemment rapporté les résultats financiers de son premier trimestre fiscal 2025 clôturé le 28 décembre 2024. Dans ce « meilleur trimestre jamais réalisé », Apple a enregistré 124,3 milliards de dollars de revenus et un bénéfice net par action dilué de 2,40 $, en hausse de 4 % et 10 % d’une année sur l’autre respectivement. 

Les revenus comprenaient 69,14 milliards de dollars provenant des iPhone, 8,99 milliards de dollars des produits Mac, 8,09 milliards de dollars des iPad et 11,75 milliards de dollars d’autres produits, également appelés appareils portables, qui incluent les ventes de l’Apple Watch, des AirPods, des Beats et du Vision Pro. La catégorie des appareils portables a enregistré une baisse de 2 % d’une année sur l’autre. 

Par ailleurs, 26,34 milliards de dollars ont été dépensés en services, incluant les abonnements, les garanties et les accords de licence. Lors de la conférence téléphonique sur les résultats, le PDG Tim Cook a déclaré que l’entreprise comptait plus d’un milliard d’abonnements. Cela comprend les abonnements à des services tels qu’Apple TV+ et iCloud ainsi que les abonnements à des applications tierces via l’App Store.

Les fortes marges opérationnelles de l’entreprise ont également propulsé son BPA à un nouveau record historique avec une croissance à deux chiffres, ce qui a permis au géant technologique de redistribuer plus de 30 milliards de dollars à ses actionnaires, le conseil d’administration déclarant un dividende en espèces de 0,25 $ par action.

La base installée d’appareils actifs d’Apple a également atteint un nouveau sommet dans tous les produits et segments géographiques. Cependant, ses ventes d’appareils ont diminué de 11,1 % en Chine. Les ventes d’iPhone étaient toutefois plus fortes dans les régions où Apple Intelligence est disponible, a déclaré Cook.

« Grâce à la puissance du silicium Apple, nous ouvrons de nouvelles possibilités pour nos utilisateurs avec Apple Intelligence, qui rend les applications et les expériences encore meilleures et plus personnelles. »

– Cook

Ainsi, Apple travaille désormais avec Alibaba et Baidu pour intégrer des fonctionnalités d’IA à ses iPhone en Chine d’ici le milieu de cette année.

Conclusion

La personnalisation des soins de santé est l’avenir de la médecine. Cela, après tout, peut améliorer les résultats pour les patients, réduire le fardeau des maladies et diminuer les coûts de santé, mais bien sûr, cela implique de savoir exactement ce dont on a besoin et de fournir le bon mélange de médicaments, de nutriments et de métabolites.

Pour cela, nous avons d’abord besoin d’un moyen de mesurer et de surveiller en continu certains biomarqueurs de santé, où la technologie portable peut être d’une aide immense, comme l’a démontré la nouvelle étude.

En développant des nanoparticules imprimables à cœur-souche, les chercheurs ont franchi une étape majeure vers la production en masse de biosenseurs portables durables. La polyvalence de ces capteurs, allant de la surveillance des affections chroniques à la personnalisation des dosages de médicaments pour les patients atteints de cancer, ouvre de nouvelles portes à la médecine de précision.

De telles avancées technologiques peuvent offrir aux patients et aux prestataires de soins de santé des informations de santé continues et individualisées et nous rapprocher d’un avenir où la gestion de la santé personnalisée et basée sur les données est intégrée de manière fluide dans notre vie quotidienne !

Cliquez ici pour une liste des meilleures entreprises de suivi de santé portable.