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Jan van den Boogaart et Oliver Hayden (Pays-Bas/Autriche)

Lauréats du Prix de l’inventeur européen 2017

Lauréats Jan van den Boogaart and Oliver Hayden

Catégorie : Industrie

Secteur : Diagnostics médicaux

Société : Siemens Healthineers

Numéro de brevet : EP2635695

Invention : Tests de diagnostic rapide du paludisme

Le paludisme fait partie des dix maladies les plus mortelles de notre temps et n'est diagnostiqué que dans 10 % des cas. Changeant de paradigme, l'hématologue néerlandais Jan van den Boogaart et le biochimiste autrichien Oliver Hayden ont développé le premier test automatisé de diagnostic du paludisme basé sur ordinateur. Combinant médecine et sciences de l'information, le test se base sur un algorithme informatique qui détecte les infections avec un degré de précision inégalé.

van-den-boogaart-side-visualAvant cette invention, la médecine moderne ne comptait aucune analyse de sang automatisée capable de détecter avec précision le paludisme ; cette maladie infectieuse tropicale qui tue une personne toutes les 12 secondes. La clé du succès réside dans une approche axée sur les données qui a été mise au point par Jan van den Boogaart et Oliver Hayden à Siemens Healthineers. Plutôt que de s'intéresser à la présence d'agents vecteurs du paludisme dans le sang, les chercheurs se sont appuyés sur les technologies de l'information pour déterminer les préjudices causés par cette maladie tels qu'ils sont indiqués par les principaux paramètres sanguins, à l'instar des diminutions du nombre des plaquettes.

Van den Boogaart s'est inspiré d'une discussion qu'il a eue en 2008 avec un collègue d'Afrique du Sud lequel avait remarqué des changements similaires dans les hémogrammes (ou analyses des profils sanguins) de différents patients souffrant de paludisme. Pris isolément, aucun de ces facteurs ne pouvait suffire à l'établissement d'un diagnostic, toutefois, la combinaison de 30 paramètres a révélé une empreinte de données (« data fingerprint ») pouvant identifier le paludisme avec un degré de certitude de 97%.

Avec la contribution capitale de Hayden en matière d'analyses statistiques, les inventeurs ont déposé une demande de brevet européen en 2011 et se sont associés avec un groupe de recherche sur les biocapteurs de Siemens à Vienne afin de développer un algorithme spécifique au paludisme destiné au système d'analyse de sang de l'entreprise. À présent, van den Boogaart et Hayden travaillent sur l'élargissement de la méthode de l'empreinte de données à la détection des maladies à partir d'échantillons sanguins, y compris de la leucémie.

Bénéfices pour la société

Le fait de réaliser des analyses rapides, fiables et automatisées sur de vastes populations de patients pourrait faire pencher la balance en faveur de la lutte contre cette maladie mortelle. Environ 3,2 milliards de personnes sont menacées par le paludisme ;  une maladie qui a touché 200 millions de personnes et en a tuées 430 000 en 2015 (OMS). Selon des études récentes, les tests précis de dépistage du paludisme pourraient prévenir 100 000 décès et éviter plus de 400 millions d'erreurs de traitements par an, et ce au seul continent africain.

Le test développé par ce groupe de recherche pourrait aussi améliorer les résultats pour les voyageurs occidentaux au retour dans leurs pays et qui seraient atteints du paludisme. Actuellement, 59 % de ces cas reçoivent tout d'abord de mauvais diagnostics. Il s'écoulait ainsi en moyenne huit jours avant que les médecins ne prescrivent un traitement adapté, ce qui augmente le risque de complications et entraine même le décès.

Avantages économiques

Soumettre de vastes populations de patients à des tests précis et rapides pourrait aider à briser le cercle vicieux de la pauvreté et du paludisme qui sévissent depuis des siècles sur le continent africain et en Asie tropicale. Alors que le paludisme a été éradiqué en Amérique du Nord et en Europe depuis le milieu des années 1950, cette maladie reste cependant endémique dans les points chauds du paludisme. Aujourd'hui, le paludisme coûte aux pays africains, où surviennent 86 % des infections de ce type, environ 11 milliards d'euros par an.

Les analystes du Grand View Research ont évalué le marché des diagnostics du paludisme à 535 millions d'euros en 2015 et estiment que le volume global de ce marché avoisinerait les 728 millions d'euros d'ici 2022. Aussi, ils pressentent que l'Afrique restera le marché dominant avec une part de 58 % à elle seule.

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    Jan van den Boogaart (à gauche) et Oliver Hayden

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    Jan van den Boogaart (à gauche ) et Oliver Hayden dans leur laboratoire

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    Jan van den Boogaart (à gauche) et Oliver Hayden

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    Oliver Hayden (à gauche) et Jan van den Boogaart

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    Oliver Hayden et Jan van den Boogaart avec l'analyseur d'hématologie ADVIA 2120i de Siemens


Comment ça marche ?

Les anciennes méthodes de détection comportaient soit un examen microscopique chronophage qui nécessitait environ une heure de travail au technicien dans le laboratoire, soit un test de détection rapide des antigènes du paludisme, similaire à un test de grossesse, qui produit des résultats inexacts.

La clé de la découverte réside dans une méthode statistique appelée analyse discriminante linéaire (ADL). Van den Boogaart et Hayden ont ainsi calculé les niveaux moyens de certains paramètres sanguins chez les patients positifs au paludisme et chez les patients négatifs à l'aide d'un logiciel de statistiques.

Ces données ont servi de base pour définir un ensemble de 30 paramètres indiquant une infection paludéenne, dont la densité des globules rouges de même que les taux relatifs aux pigments de coloration du sang (hémoglobine), ainsi que l'écart en pourcentage des niveaux sains permettant de diagnostiquer un cas « positif ».

Les inventeurs ont développé un algorithme pour programmer l'empreinte de données dans l'analyseur d'hématologie Siemens ADVIA 2120i. Ce dispositif automatisé d'analyse du sang de la taille d'un lave-linge est d'ores et déjà largement déployé dans les cliniques (plus de 3 000 unités à travers le monde). Il est capable de générer des hémogrammes avec 300 à 500 paramètres à raison de 120 échantillons sanguins par heure.  Avec une précision qui se rapproche des 100 %, le système décèle le paludisme dans un échantillon sanguin même lorsque le taux d'agents pathogènes est très faible.

Inventeurs

Van den Boogaart a étudié à l'université professionnelle d'Eindhoven (H.B.O.) aux Pays-Bas où il a obtenu en 1980 son premier bachelor en microbiologie puis, une année plus tard, un deuxième bachelor en chimie clinique. Il a commencé sa carrière au laboratoire hospitalier universitaire de l'H.B.O. d'Eindhoven avant de rejoindre l'entreprise Bayer comme technicien itinérant en 1991. L'unité où il travaille à Bayer deviendra plus tard la propriété de Siemens Healthineers. 

Chercheur spécialisé dans le domaine de l'hématologie et du développement des analyses de sang depuis plus de 35 ans, van den Boogaart apparaît en tant qu'inventeur dans trois brevets déposés dans le monde. En tant que chef de produit DX chez Siemens Healthineers à La Haye, il travaille actuellement sur le perfectionnement du procédé d'empreinte de données relatif aux analyses de sang automatisées appliqué à l'anémie falciforme et à la leucémie promyélocytaire aiguë (LPA).

Après avoir obtenu un doctorat en biochimie de l'Université de Vienne en 1999, Hayden a conduit des recherches postdoctorales sur les nanotechnologies à Harvard. Il a également obtenu une maîtrise en administration des affaires (MBA) de l'université Julius Maximilian de Würzburg en 2011.

Jusqu'à une date récente, Oliver Hayden dirigeait le département "In-Vitro Diagnostics & Bioscience Germany" chez Siemens Healthineers à Erlangen. Il a publié plus de 80 articles et son nom est cité comme inventeur ou coinventeur pour une centaine de familles de brevets. Ses recherches lui ont valu le "Young Investigator Award" (2002) décerné par la société autrichienne de chimie, le prix AMA de l'innovation (2016), ainsi que le prix Siemens NTF pour les brevets dans le domaine de l'imagerie médicale (2013). Il a également reçu le prix EUREKA-Lillehammer (2006) et le "Best of Biotech Award" (2000) pour la start-up Polymimetics. Depuis juin 2017, il préside la chaire Heinz Nixdorf d'électronique biomédicale au sein de la faculté d'électrotechnique et des technologies de l'information de l'Université technique de Munich.

Le saviez-vous ?

L'histoire du paludisme est l'un des grands mystères des sciences médicales. Sa véritable cause reste trouble, et ce depuis l'an 240 av. J.-C., lorsque le médecin grec Hippocrate attribua la cause de la maladie à la consommation des eaux stagnantes des marécages. Le nom paludisme ou malaria suppose erronément que la cause de la maladie est due à la mauvaise qualité de l'air (de l'italien « mala aria ») provenant des marécages.

Néanmoins, il va sans dire que la cause de la mort provoquée par le paludisme est liée aux marécages comme l'atteste le médecin militaire français Alphonse Laveran après son séjour en Algérie en 1880. Laveren identifia ainsi des parasites protozoaires du genre plasmodium, propagés par les moustiques, comme étant le coupable. Cette découverte était une résurrection pour le projet de construction du canal de Panama initié par les Français, lequel a connu un échec dramatique en raison d'épisodes de paludisme à répétition pendant 20 années durant, et a permis à Lavaren d'obtenir le prix Nobel en 1970.

Les traitements contre le paludisme se sont considérablement améliorés au fil des années, à travers des médicaments efficaces contre la maladie basés sur la médecine chinoise traditionnelle et mis en place par le Professeur Yiqing Zhou, lauréat du Prix de l'inventeur européen en 2009 dans la catégorie « Pays non européens ». Seulement, le diagnostic du paludisme est souvent resté une vraie devinette, du moins, jusqu'à l'invention par Hayden et van den Boogaart qui parviendra à « démasquer » le paludisme avec une précision se rapprochant de 100%.

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