La physique quantique ouvre de nouveaux horizons aux neurosciences

La découverte de la physique quantique au début du XXe siècle, il révolutionne la science en démontrant que rien n'est concevable en soi et que les propriétés de toute chose n'existent qu'en interaction avec les autres : une rupture profonde, un schisme de la physique telle que la définissait Karl Popper.
La physique quantique représente l'ensemble des principes qui expliquent le comportement de la matière et de l'énergie sur la base des propriétés physiques des particules subatomiques et fondamentales que la physique classique ne peut atteindre. D’un autre côté, à l’instar des particules élémentaires, tous les systèmes biologiques sont des systèmes dynamiques dans lesquels il existe un échange continu d’énergie et de matière avec l’environnement.

Biologie et combien

La recherche sur une gamme de processus et de fonctions dans les organismes vivants, y compris le corps humain, a donné naissance au domaine des biologie quantique comme l'étude des effets quantiques sur les fonctions biologiques.

Il est démontré que les processus quantiques sont impliqués dans la stabilité de télomères (structures qui protègent les chromosomes de la dégradation et qui affectent la durée de vie des cellules), en transcription et traduction de protéines par le génome et ses modifications lors de la mutagenèse, dans la génération de un rayonnement électromagnétique par les membranes cellulaires.

La découverte dans le cerveau humain de phénomène quantique de enchevêtrement (les particules s'interconnectent, quelle que soit la distance, de sorte que l'état d'une particule est lié à l'état des autres) et l'émission de photons par les neurones, ont ouvert la possibilité que les méthodes de communication entre neurones peuvent être bien plus complexes que la transmission classique d'informations via des signaux électrochimiques.
De plus, les résultats obtenus dans les modèles expérimentaux suggèrent la possibilité que processus quantiques sont la base de nos mécanismes perceptions sensorielles.
Enfin, la physique quantique offre des perspectives importantes pour la compréhension de esprit et de conscience.

Tout cela soulève la question de savoir où se situe réellement la frontière entre la physique quantique et la physique classique, ce qui, pour les biologistes et les cliniciens, signifie imaginer de nouvelles perspectives possibles sur la vie, la santé et la maladie.
La physique quantique peut révolutionner la médecine: entropie quantique et tunneling.

Télomères

Une application médicale importante de la théorie quantique consiste à comprendre la régulation de longueur des télomères.
Leur importance réside dans la capacité de donner de la stabilité à l'ADN, en empêchant les chromosomes de s'enrouler sur eux-mêmes ou de se recombiner aux extrémités, conduisant à mort cellulaire.

Il a été démontré comment leLe raccourcissement des télomères réduit la vie cellulaire, tandis que leur extension peut permettre une prolifération continue dans les cellules tumorales. Il existe une hypothèse hautement accréditée selon laquelle l’entropie quantique pourrait jouer un rôle déterminant sur les télomères.
Pouvoir ainsi analyser ses changements au sein de la cellule et donc ajustez-le inverser les changements pourrait s’avérer être une avancée majeure dans le domaine de la médecine.

Par exemple, dans le domaine des maladies neurodégénératives, il a été démontré que les individus atteints Les télomères plus courts sont environ 30 % plus susceptibles de souffrir de la démence d'Alzheimer. Une association entre des télomères plus courts et un volume cérébral plus petit a également été observée. De même, dans la maladie de Parkinson, les personnes qui développent des troubles cognitifs présentent un raccourcissement plus rapide des télomères au cours des premières années de la maladie.

Douleur neuropathique

Un autre aspect de la neurophysiopathologie concerne la douleur neuropathique chronique: une pathologie jusqu'ici mal comprise et, en tant que telle, un défi difficile pour le médecin et le patient mais qui accompagne ou suit une large série de maladies du système nerveux périphérique et central.

Le membre fantôme

Un modèle mathématique de tunneling quantique a été formulé qui prédit que les ions sodium et potassium (physiologiquement impliqués dans l'activation des neurones) peuvent traverser la membrane neuronale même lorsque leurs canaux spécifiques sont fermés, générant ainsi l'activation des fibres douloureuses. Ce modèle fournit également une description complète de la douleur référée et du membre fantôme.

Les mutations

En corollaire, leeffet tunnel dans l'ADN (mouvement instantané des protons entre ses bases) explique la genèse quantique des mutations spontanées, même adaptatives au cours de l'évolution. Notons enfin que de nombreux appareils électroniques modernes (diodes, mémoires, microscopes) fondent leur fonctionnement sur cet effet que la physique classique ne peut admettre. En revanche, sans l’effet tunnel, les températures présentes dans les noyaux des étoiles ne seraient pas suffisantes pour déclencher les réactions nucléaires qui constituent leur moteur.

Technologies diagnostiques

La physique quantique est déjà présente dans de nombreux aspects de la science clinique. Les exemples incluent la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, la radiothérapie, la thérapie par ultrasons, l'ablation par radiofréquence, la lumière infrarouge et ultraviolette pour le traitement des lésions cutanées chroniques résistantes aux médicaments.

Données et simulations

Mais la convergence des technologies quantiques avec la médecine recèle encore un énorme potentiel pour révolutionner le diagnostic, le traitement des données et la sécurité.
L'informatique quantique peut considérablement accélérer la découverte de médicaments simulant les interactions moléculaires avec une efficacité sans précédent, ainsi que le séquençage de l'ADN et le traitement des données génomiques. Les capteurs quantiques pourraient offrir une sensibilité inégalée dans les diagnostics, permettant la détection de biomarqueurs à des niveaux auparavant inaccessibles. LE points quantiques (particules semi-conductrices à l'échelle nanométrique possédant des propriétés optiques et électroniques uniques) peuvent être utilisées comme sondes fluorescentes pourimagerie de cellules et de tissus avec une haute précision, en tant que nanoporteurs pour une administration ciblée et contrôlée de médicaments, pour créer des biocapteurs pour des biomolécules spécifiques, pour la thérapie photodynamique du cancer.

Sur la base de la littérature existante, il est évident que la nature a pu développer des mécanismes et des structures pour exploiter la mécanique quantique afin de faciliter les processus nécessaires à la vie.

L’intégration de la physique quantique dans la médecine peut conduire à de nouveaux traitements et inspirer des idées innovantes. Il s’agit toujours d’un défi qui concerne à la fois la différence d’approche et de courbe d’apprentissage des professionnels de santé, mais également les coûts de création et de mise en œuvre des technologies et des infrastructures. Même si la transition vers une médecine basée sur la physique quantique prendra de nombreuses années, la compréhension de la physique quantique pourrait combler le fossé entre les différents domaines scientifiques, favorisant ainsi une intersection plus forte entre les disciplines, comme expliqué dans le volume Le docteur quantique: «S'il y a un domaine qui a besoin d'être intégré, c'est bien la médecine. S’il y a un domaine qui a besoin d’un paradigme intégrateur capable de donner un sens à tous les différents modèles de guérison, c’est bien la médecine. »

Cette approche intégrative est fondamentale pour la médecine moderne et le moment est venu d’explorer le quantum en médecine.

* Alessandro Rossi est professeur de neurologie et de physiologie humaine à l'Université de Sienne.