Jumeaux numériques en santé : une technologie prometteuse

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?

Nés dans l’aéronautique et l’aérospatial, et utilisés par la NASA dès les années 1960, les jumeaux numériques s'invitent aujourd’hui dans le champ de la santé. Dans l’industrie, cette technologie est déjà largement employée dans la simulation de moteurs, de chaînes de production ou encore de tests automobiles.

En médecine, le jumeau numérique est, par exemple, une réplique numérique d’un organe, une sorte de clone virtuel d’un système du corps humain, comme le cœur, le foie ou la circulation sanguine.

Il est construit à partir des données d’un patient précis. Contrairement à un simple modèle générique, il ne représente pas un corps humain « moyen », mais un individu unique, avec ses propres caractéristiques biologiques, médicales et physiologiques. « Le jumeau numérique d’un foie correspond à celui d’un patient déterminé, non de tous les foies humains. Sinon ce serait un modèle », précise Julien Matricon, expert scientifique de la Cellule Innovation de l’Assistance Publique-Hôpitaux de Paris (AP-HP).

Concrètement, ce double virtuel est alimenté par des données issues d’examens médicaux, d’IRM, de scanners, de prises de sang ou encore de capteurs. Il peut évoluer en même temps que le patient réel, grâce à un échange continu d’informations entre les deux.

Quelles opportunités offrent les jumeaux numériques en médecine ?

L’objectif est de permettre aux médecins de mieux comprendre l’évolution d’une maladie, de tester virtuellement un traitement ou une opération avant de les appliquer au patient et, à terme, de proposer une médecine plus personnalisée.

Cette technologie prometteuse « pourrait révolutionner la médecine des 6P (personnalisée, prédictive, préventive, participative, fondée sur la preuve et intégrant le parcours de soins) », analyse Julien Matricon, qui est coauteur de l’étude faisant l’état des lieux des jumeaux numériques. Elle pourra accélérer la recherche et les essais cliniques, par exemple en testant des nouvelles molécules et de nouveaux traitements.

Les jumeaux numériques ouvrent également la voie à une meilleure organisation des systèmes de soins. Comment ? En permettant de simuler le fonctionnement d’un service hospitalier ou d’un établissement afin d’optimiser sa gestion et son pilotage en termes de logistique, de flux et de maintenance.

Pour autant, ces perspectives sont « encore largement du domaine de la recherche », tempère Dominique Chapelle, chercheur à l’Inria (Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique), qui travaille sur des solutions de jumeaux numériques de cœur et de système cardiovasculaire.

Cette technologie est-elle déjà utilisée dans les services hospitaliers ?

Si les jumeaux numériques sont encore peu déployés à grande échelle, certaines applications concrètes existent déjà. En particulier dans le champ organisationnel. Plusieurs hôpitaux expérimentent des modèles capables de simuler en temps réel l’activité d’un service et de recommander l’affectation de ressources (personnel, lits…) en fonction des flux.

« Au CHU de Saint-Étienne, par exemple, un jumeau numérique des urgences permet d’anticiper les flux de patients », relève Julien Matricon, expert scientifique au sein de la Cellule Innovation de l’AP-HP. Pendant la crise du Covid, des dispositifs similaires ont permis de modéliser la propagation du virus ou l’organisation des services de réanimation.

« Dans le cadre de leurs activités de recherche, certains hôpitaux se servent aussi de jumeaux numériques de cohorte de patients pour remplacer l’échantillon témoin par une version virtuelle, issue d’essais cliniques historiques », pointe Claire Biot, vice-présidente de l’industrie de la santé au sein de Dassault Systèmes.

Il existe également quelques jumeaux numériques d’organes utilisés en médecine mais ils sont encore très rares. Le chercheur Dominique Chapelle mentionne la solution américaine Heartflow, laquelle permet d’éviter un examen invasif, avant la pose d’un stent, une prothèse coronaire. Cela dit, la recherche sur le sujet va bon train.

Chez Dassault Systèmes, des jumeaux numériques du corps humain, au niveau d’un organe ou d’une cellule, sont intégrés à des programmes de recherche. Par exemple, l’hôpital pour enfants de Boston travaille sur un jumeau virtuel du cœur quand l’Assistance Publique-Hôpitaux de Marseille (AP-HM) se concentre sur une solution virtuelle du cerveau.

L’industriel pilote un projet de recherche français baptisé MEDITWIN, prévu jusqu’en 2029. Il s’agit d’un consortium réunissant sept instituts hospitaliers universitaires, un CHU, l'Inria, ainsi que plusieurs start-up. Objectif ? Créer des jumeaux numériques en oncologie, cardiologie et neurologie.

Quels sont les freins à lever pour un déploiement des jumeaux numériques en santé ?

Le passage de la recherche à la pratique clinique constitue un véritable défi. Et les obstacles sont nombreux. Ils tiennent d’abord à la complexité scientifique de ces modèles, qui doivent intégrer des dimensions multiples et être validés d’un point de vue clinique (apporter les preuves d’un impact positif sur l’état de santé du patient, et d’une balance bénéfice / risque favorable).

Ils concernent aussi le cadre réglementaire, notamment pour les algorithmes d’intelligence artificielle utilisés dans ces solutions. À cela s’ajoutent des enjeux économiques, car même si ces outils ne sont pas toujours coûteux, leur modèle de financement reste à construire. Leur intégration dans les systèmes informatiques hospitaliers et la formation des professionnels constituent également des éléments clés.

Pourra-t-on un jour connaître des jumeaux numériques entiers de patients ? 

L’idée d’un jumeau numérique global, reproduisant l’ensemble du fonctionnement d’un individu, est aujourd’hui encore lointaine. Si certaines approches basées sur l’IA laissent entrevoir cette possibilité, elles se heurtent à un obstacle majeur : l’accès aux données.

Pour modéliser finement un individu, il faudrait disposer de volumes considérables d’informations, incluant des données sensibles liées à son mode de vie, à son environnement ou à ses comorbidités.

Quels enjeux éthiques ?

Le développement des jumeaux numériques pose des questions éthiques fondamentales. Le corps humain ne se réduit pas à un ensemble de données. Il est porteur d’une histoire, d’une subjectivité et d’une complexité et il évolue dans un environnement physique et social qui agit sur lui. Autant d’éléments qui échappent en partie à la modélisation.

De plus, l’utilisation de ces outils implique un recours massif à des données personnelles et biométriques, soulevant des enjeux de confidentialité, de cybersécurité et de souveraineté numérique. Elle interroge également la transparence des modèles, la possibilité d’expliquer comment ils fonctionnent et les biais qu’ils peuvent contenir.