« Quand vous avez besoin de résoudre un problème difficile chimique, physique ou biologique, prenez toute, absolument toute théorie mathématique de grande beauté. En l’ajoutant, vous trouverez une solution tôt ou tard »
Paul Dirac
Alexey Kirichenko – Docteur traumatologue, chirurgien. Diplômé à la faculté de médecins de formation pour la marine dans l’Académie médicale militaire de S.M. Kirov à Saint-Pétersbourg en 2001. Il commença sa résidence médicale à l’Académie médicale militaire dans la spécialité de traumatologie et orthopédie militaire en 2004. Il participa dans l’étude de l’amélioration des « Fondements de la chirurgie cardiovasculaire et microvasculaire » comme part de son programme de formation au Département de chirurgie de la Faculté de Saint-Pétersbourg de l’université d’état de médecine de Saint-Pétersbourg nommée après l’académicien I. P. Pavlov.
À la fin de sa résidence médicale, il a travaillé dans des hôpitaux de la région de Moscou de 2007 à 2009, à la tête du service spécialisé. Il a étudié la « Chirurgie avec l’évolution de la microchirurgie plastique et reconstructive » à l’Institut d’état d’études avancées médicales du Ministère de défense de la Fédération Russe en 2008.
Aujourd’hui nous parlons à Alexey Kirichenko sur les sujets de l’avenir de l’ingénierie médicale et la relation entre les mathématiques et la médecine. Quelles questions posera l’ingénierie médicale dans l’avenir ?
Tout d’abord, elle révélera des « patients vivants » : comment, pourquoi et sous quelles circonstances de l’évolution certaines solutions d’ingénierie atteindront la nature ? Les réponses à ces questions fournisses de grandes opportunités : des dispositifs techniques, soit comme des mécanismes ou des systèmes d’intelligence artificielle. Être « biologiquement similaire » promet de fournir des économies importantes en matière et énergie, d’augmenter l’exactitude et la durabilité des travaux, parce que le développement de ces propriétés est la principale artère de l’évolution.
Notre travail est concentré à dévoiler l’essence physique des procès qui se produisent dans les systèmes vivants. L’approximation dans l’organisation biologique, l’universalité des lois de la physique dans la nature animée et inanimée, un degré élevé d’intégration des systèmes vivants nous donnent souvent des surprises. Nous avons étudié la dynamique de la friction du cartilage articulaire et nous avons découvert la loi de contraction musculaire, nous avons étudié l’élasticité des cadres biologiques et nous avons dépisté la surface multidimensionnelle sans bords, et ainsi de suite.
Vous êtes un chirurgien actif qui êtes revenu à la géométrie riemannienne et aux systèmes d’équations différentielles. Comment l’avez-vous fait ?
Une fois que j’ai accumulé l’expérience clinique d’orthopédie, et l’expérience médicale est le principal éventail d’information pour la prédiction et la prise de décision, je devais le formaliser. La réalité était que dans la pathogenèse des maladies et des lésions, les petites déviations des os (ce qui n’est pas décrit dans les études classiques d’orthopédie et de biomécanique) avait un grand intérêt. J’ai commencé à étudier la biomécanique mais je ne trouvais aucune réponse convaincante à ma question. Quelque chose manquait dans les livres, quelque chose d’important que je n’étais pas cabale de formuler. Il devint alors clair que j’avais besoin d’un maître et d’un conseiller, parce que le devant des problèmes émergents commençait à disparaître rapidement dans l’horizon.
C’est alors que vous avez connu le professeur Sergey Valentinovich Petoukhov ?
Tout à fait, vous avez raison. J’ai demandé de l’aide au Laboratoire d’études de systèmes biomécaniques de l’Institut Blagonravov de génie mécanique de l’Académie des sciences de Russie. Alors, Sergey Valentinovich me présenta un de ses livres. Alors que je le lisais, mes intérêts variés se connectaient à un nouveau système holistique de connaissance, qui fusionnait harmonieusement des informations d’anatomie et de physique, de génétique et de mécanique, de biologie évolutive et de disciplines cliniques. La mathématique les unissait étonnamment de façon précise et consistante.
Par exemple, il devint clair qu’en décrivant la géométrie des systèmes vivants, la géométrie traditionnelle euclidienne « vole » plusieurs paramètres, et transforme le parcours d’un complexe hélicoïdal en un type plat en redressant l’importante « irrégularité » des surfaces vivantes, ou des procès et des structures chaotiques en Nature vivante. Chaos veut dire désordre dans la compréhension quotidienne, mais le chaos dans le monde des grandes dimensions est l’« hyper-homogénéité en désordre », ce qui est un phénomène très significatif et ordonné.
La médecine s’approche de plus en plus à la mise en œuvre de la régénération contrôlée de tissus et à la biofabrication (bio-impression). Quels bénéfices vous y voyez en tant qu’aux théories axiomatiques ?
En effet, il y a encore des travaux dans la chirurgie reconstructive, y compris la traumatologie et l’orthopédie, qui n’ont pas des solutions complètes encore -c’est l’exemple de compensation de défauts complexes- des conditions où nous devons récupérer l’os, les muscles et les nerfs avec des vaisseaux sanguins, et dans certains cas les organes internes affectés doivent être remplacés.
La bio-impression est une méthode de construction de tissus à partir de cellules qui sont très peu différentiées. Nous avons rapidement découvert que les cellules souches n’ont pas suffisamment d’information « d’autoidentification » et par ailleurs de différenciation. Les cellules reçoivent cette information lors du développement embryonnaire et l’ontogénèse, à partir de l’information contenue dans le code génétique. L’information génétique peut être utilisée pour passer rapidement le stage embryonnaire et réussir l’état d’une unité mature de tissus « imprimés ».
Pour ceci il est nécessaire d’identifier les paramètres du système, prendre en compte l’interaction d’absolument tous les paramètres à temps, découvrir les types de changements et de créer une esquisse de l’objet biologique en construction. La géométrie et la topologie, la combinatoire, la théorie des groupes, la théorie du contrôle et la théorie des systèmes dynamiques non-linéaires sont peut-être le début de l’approche à la compréhension stricte de la morphologie.
Même si nous ne sommes pas encore proches à des solutions complètes, formaliser un tel type de travail de façon mathématique est déjà une avance importante. Ceci démontre par exemple le concept de « l’environnement mécanique de la morphogenèse ». Le point est, bien sûr, non seulement sur l’effet mécanique mais sur les procès oscillatoires en général, pour la description desquels il existe des théories mathématiques et physiques ordonnées.
Par exemple, les vaisseaux sanguins croissent autour des lignes de force d’un champ électromagnétique alternant généré par les premiers léiomyocytes. Les précurseurs des cellules sanguines migrent dans les vaisseaux sanguins embryonnaires sous l’influence d’oscillations de genre ultrasonique, les cellules musculaires se différencient dans des conditions de vibrations mécanique d’une fréquence de 100 à 150 Hz. Les oscillations dans les concentrations de substances actives et de métabolites biologiques, les états des phases des fluides biologiques et autres sont aussi très importants.
Vous avez parlé de la variation dans la matière vivante comme un phénomène physique, et quel est le rôle de la théorie de la géométrie et des nombres unis dans la biomédecine ?
L’académicien Konstantin Vasiljevich Frolov a formulé de manière exhaustive la relation entre l’algèbre et la médecine en 1969. La mathématique est un instrument d’identification de systèmes vivants, c’est à dire qu’elle vous permet de comprendre l’essence de la matière vivante et le concept de l’évolution, qui lui a donné naissance.
La géométrie et la topologie sont de grand intérêt du point de vue des technologies de basse consommation biomorphiques et des technologies de traitement de matières. Les découvertes mathématiques des dernières décennies, par exemple, quelques espaces multidimensionnels liés topologiquement, lèvent le voile du secret de la diversité biologique et aident à organiser les signes de personnification de toute créature vivante. Nous savons aussi sur l’influence de la géométrie des cadres biologiques sur les cellules qui les habitent.
Les propriétés des nombres sur la droite numérique, leur densité, distribution, divisibilité, reproduit miraculeusement les propriétés des procès et des structures biologiques. Par exemple, la distribution et la taille des cellules dans les tissus, la possible forme de l’activité des cellules, la nature de l’ordre observé dans les systèmes vivants, et ainsi de suite.
Quelles sont les perspectives de « l’algébrisation » de la médecine ?
Dans la chirurgie reconstructive il s’agit des systèmes automatisés pour la culture de groupes de tissus complexes pour remplacer les défauts, la « culture » d’organes artificiels. Par exemple, le concept de robot anthropomorphe comme bioréacteur a déjà été développé. Les auteurs croient, et ils ne se trompent pas, que les conditions de culture seront plus convenables dans ce cas.
En résumé, nous pouvons dire que les conséquences d’une blessure ou d’une destruction d’une partie du corps sont bien connues en chirurgie. Cependant, encore personne ne connaît les « conditions techniques de la conception et de la construction » d’éléments plus ou moins complexes d’organismes vivants.
Entretien: Ivan Stepanyan
