Combiner la médecine et le génie pour faire évoluer plus rapidement les techniques chirurgicales est une véritable passion pour le Dr Pierre-Olivier Champagne, neurochirurgien à l’Hôpital de l’Enfant-Jésus et chercheur de l’axe Médecine régénératrice au Centre de recherche du CHU de Québec-Université Laval (CRCHU).
Et la passion est telle que, pendant sa résidence en neurochirurgie à l’Université de Montréal, le Dr Champagne a terminé une maîtrise, puis un doctorat en génie biomédical à Polytechnique Montréal, tout en réalisant une surspécialité (fellowship) en chirurgie de la base du crâne à Paris et à Pittsburgh.
« Les différentes manières dont la technologie peut aider la neurochirurgie m’ont toujours intéressé. Alors au lieu d’entreprendre une maîtrise en épidémiologie, comme plusieurs médecins font, je suis allé du côté des ingénieurs. Par exemple, dans mon projet de doctorat, j’ai utilisé les particularités des nanoparticules d’oxyde de fer pour localiser les foyers épileptiques dans le cerveau et ainsi faciliter le travail des neurochirurgiens spécialistes de l’épilepsie. Mais en ce moment, mon objectif est d’utiliser les connaissances du génie biomédical et des biomatériaux pour régler des problèmes en chirurgie de la base du crâne. »
Des chirurgies délicates
On regroupe sous le terme « chirurgie de la base du crâne » les opérations qui consistent à retirer des tumeurs cérébrales situées près d’autres organes ou structures de la tête, comme le nez, les yeux, les oreilles ou encore la colonne vertébrale. Ces interventions sont particulièrement complexes et délicates, car elles se font dans une zone où passent la majorité des nerfs et des vaisseaux qui se rendent au cerveau.
Afin d’améliorer la sécurité de ces chirurgies, le Dr Champagne développe un modèle prédictif de la consistance des tumeurs. « C’est très important de savoir si certaines parties de la tumeur sont molles ou dures selon leur emplacement par rapport aux nerfs et aux structures. Ça influence notamment le choix de la technique chirurgicale utilisée. »
Lors d’une telle opération, le Dr Champagne retire une partie de la tumeur et, en collaboration avec les ingénieurs et chercheurs de l’axe Médecine régénératrice du CRCHU Diego Mantovani, spécialiste des analyses visco-élastiques des tissus, et Marc-André Fortin, spécialiste de l’imagerie biomédicale, ils la soumettent à une résonance magnétique ainsi qu’à des tests d’élasticité et de viscosité. « Les propriétés mécaniques d’une tumeur seront différentes si elle se trouve à l’intérieur ou à l’extérieur du corps, car une fois sortie, les cellules de la tumeur s’assèchent. Nous testons donc des séquences d’IRM pour trouver celles qui corroborent le mieux la consistance et la mesure réelles de la tumeur. Éventuellement, grâce à une modélisation mathématique, nous pourrons cartographier les différentes consistances d’une même tumeur, ce qui sera d’une grande utilité en chirurgie. »
Muqueuses sur mesure
Pendant son fellowship, le Dr Champagne s’est notamment spécialisé en « abord endoscopique endonasal », une technique chirurgicale qui emprunte les voies nasales pour opérer des tumeurs de la base du crâne. Bien que cette technique présente plusieurs avantages pour le chirurgien, elle endommage souvent la muqueuse nasale. Actuellement, il est d’usage de prélever des lambeaux de muqueuse nasale et d’en faire des « pansements » pour la fermeture de ces cas complexes. Cependant, ces lambeaux sont parfois insuffisants et peuvent causer divers problèmes.
Pour avoir accès à une muqueuse nasale parfaitement adaptée à chaque patient en grande quantité, quoi de mieux qu’en fabriquer? En collaboration avec François Gros-Louis et François Berthod, tous deux chercheurs de l’axe Médecine régénératrice au CRCHU et ingénieurs en génie tissulaire au Centre de recherche en organogénèse expérimentale de l’Université Laval (LOEX), le Dr Champagne a donc entrepris de produire des muqueuses nasales à partir de cellules humaines.
« Un jour, nous pourrons prélever quelques cellules nasales du patient avant son opération, faire "pousser" sa muqueuse en laboratoire, puis combler le déficit de muqueuse par ses propres cellules lors de la chirurgie. »
Un laboratoire chirurgical
Toujours au LOEX, le Dr Champagne est également en train de mettre sur pied un laboratoire chirurgical inspiré de ceux des grands centres d’excellence en chirurgie de la base du crâne auxquels il a eu accès pendant son fellowship en France et aux États-Unis. Ces laboratoires reproduisent une salle d’opération, avec les mêmes instruments chirurgicaux et équipements, et permettent de faire de la dissection anatomique ainsi que de la recherche chirurgicale sur des modèles cadavériques.
En créant les conditions propices pour expérimenter de nouvelles techniques qu’il serait impossible de tester chez un patient, ces laboratoires favorisent l’innovation et aident à trouver plus rapidement des solutions aux problèmes rencontrés dans la pratique.
Dans ce nouveau laboratoire, le Dr Champagne travaille sur un modèle de circulation du liquide céphalorachidien : « En opérant le cerveau, on provoque une fuite de liquide céphalorachidien. L’un des défis est de bloquer cette fuite de manière étanche. Dans ce laboratoire, je peux tester différentes méthodes pour "fermer" la fuite avec divers instruments, des pompes, de l’eau, etc. »
De par ses dimensions de recherche translationnelle et de génie biomédical, ce laboratoire est unique. Aujourd’hui, le Dr Champagne souhaite en ouvrir grand les portes pour permettre à des résidents de partout d’en profiter et de faire avancer les connaissances.
« Ce que je trouve bien avec la combinaison médecine et génie, c’est qu’en médecine, on parle beaucoup en termes de besoins; je me dis souvent "si seulement j’avais ça, je pourrais faire telle chose". Les ingénieurs, eux, c’est tout l’inverse et même que parfois, ils créent quelque chose sans trop savoir à quoi ça pourra servir! Alors quand ces deux mondes-là se parlent, ça permet de faire des choses vraiment intéressantes », de conclure le Dr Champagne.
Suivez ce lien pour en savoir plus sur le laboratoire chirurgical du Dr Champagne!
Le Dr Pierre-Olivier Champagne, neurochirurgien