AlgoStim, la stimulation respiratoire au secours du souffle

Pendant longtemps, les patients atteints de maladies respiratoires chroniques étaient encouragés à limiter leurs efforts. « En 2002, au début de la réhabilitation à l’effort respiratoire, rappelle Isabelle Vivodtzev, la réadaptation cardiaque est déjà bien installée, mais les patients souffrant d’atteintes respiratoires restaient largement tenus à distance de l’exercice physique ». Les premières études montrant qu’un maintien de la masse musculaire améliore le pronostic vital vont progressivement changer les pratiques. 

C’est dans ce contexte qu’Isabelle Vivodtzev réalise sa thèse au CHU de Grenoble avec des pneumologues spécialisés dans les maladies respiratoires chroniques et l’apnée du sommeil. Formée en sciences de la vie puis en STAPS, elle travaille à l’interface entre physiologie, sport et médecine hospitalière. Parallèlement à ses recherches, elle pratique le judo de haut niveau jusqu’aux portes de l’équipe de France. Une expérience qui forge selon elle « une détermination et une résilience » utiles dans la recherche et l’entrepreneuriat.

L’électrostimulation, entre pratique sportive et recherche clinique

Pendant sa thèse, elle découvre l’électrostimulation neuromusculaire, technologie qui constitue aujourd’hui la base d’AlgoStim. « Je l’utilisais chez les patients, mais aussi personnellement pour réparer mes blessures sportives », explique-t-elle. Le principe est simple : des électrodes placées sur la peau délivrent un courant électrique qui provoque une contraction musculaire. À l’époque, elle l’applique sur les quadriceps de patients souffrant d’insuffisance respiratoire sévère et observe vite des bénéfices cliniques. Puis, lors d’un post-doctorat à Québec en 2006 auprès d’un spécialiste de la réhabilitation respiratoire et d’un réanimateur respiratoire, elle identifie pour la première fois des voies de signalisation cellulaire impliquées dans le gain musculaire induit par l’électrostimulation : « J’ai eu là la conviction d’une preuve mécanistique  de ce système de stimulation. »

Quinze ans auprès de patients respiratoires

À son retour en France, elle continue ses recherches en explorant les avantages thérapeutiques de la stimulation neuromusculaire pour les patients atteints de pathologies respiratoires et métaboliques à l’Université Grenoble Alpes, et, parallèlement elle devient responsable d’une équipe de réhabilitation respiratoire chez un prestataire de santé à domicile. Pendant six ans, elle découvre le management, travaille au quotidien avec des équipes commerciales et développe des programmes de réhabilitation auprès de médecins généralistes et pneumologues.

Asthme, obésité, maladies respiratoires liées au tabac, apnée du sommeil, hypoventilations complexes : pendant plus de dix ans, elle suit des patients souffrant de pathologies respiratoires très diverses. 

Le tournant américain et la découverte de la neuroplasticité

Une nouvelle étape s’ouvre lorsqu’elle rejoint en 2016 la Harvard Medical School. Pendant quatre ans, elle y travaille avec des patients paralysés engagés dans des programmes d’exercice physique intensif grâce à un rameur équipé de stimulation électrique fonctionnelle. Mais ces patients rencontrent rapidement une limite ventilatoire restrictive, les muscles respiratoires ne fonctionnant plus normalement en raison des lésions de la moelle épinière. Isabelle Vivodtzev intervient alors pour les accompagner grâce à la ventilation à l’effort et commence à explorer la neuroplasticité respiratoire. Cela lui donnera l’idée de transposer ces approches aux personnes dépendantes de la ventilation mécanique.

Un modèle expérimental fondateur

De retour en France, elle rejoint Sorbonne Université en tant que chargée de recherche Inserm et développe un modèle chez la souris pour étudier la dysfonction du diaphragme. Ce modèle lui permet d’évaluer les effets de ses protocoles d’électrostimulation sur la récupération respiratoire. « J’ai découvert que l’on avait un effet protecteur indirect sur le diaphragme, en stimulant les muscles respiratoires extra-diaphragmatiques », résume-t-elle. L’hypothèse avancée est celle d’une réactivation de circuits nerveux résiduels et la libération de facteurs neurotrophiques (facteurs de croissance des neurones). Chez les patients, une stimulation régulière pourrait favoriser le maintien, et la réorganisation de ces réseaux nerveux.

Ces travaux intéressent rapidement les réanimateurs respiratoires. Car la problématique observée chez la souris ressemble fortement à celle rencontrée en réanimation : sous ventilation mécanique, le diaphragme cesse de travailler. « La ventilation remplace le travail du diaphragme, qui est le muscle principal de la ventilation », explique la chercheuse. Ce muscle, qui se contracte normalement 20 000 fois par jour, s'atrophie très vite : En seulement 72 heures, l’atrophie du diaphragme se met en place. » Sur le modèle animal qu’elle a développé, les chercheurs observent une récupération de l’activité diaphragmatique après quinze jours de stimulation externe, sans stimulation directe du diaphragme lui-même. 

Préserver les muscles respiratoires sous ventilation

C’est de cette convergence qu’est né AlgoStim. Le dispositif vise à protéger, de manière non invasive, les muscles respiratoires des patients placés sous ventilation mécanique afin de faciliter leur sevrage ventilatoire. « On développe une stimulation respiratoire qui vise à protéger les muscles devenus inactifs sous ventilation mécanique. » Des séances d’environ trente minutes, répétées plusieurs fois par jour, limiteraient l'atrophie du diaphragme et les complications liées à une ventilation prolongée. « Avec ce dispositif, on va pouvoir accélérer le sevrage ventilatoire, limiter le risque d’infection en améliorant la survie et la qualité de vie des patients », soutient la chercheuse.

Une approche différenciante fondée sur les algorithmes

L’une des spécificités d’AlgoStim réside dans sa synchronisation avec la respiration du patient. « On a créé un algorithme pour que la stimulation ait lieu au bon moment », explique Isabelle Vivodtzev. Avec son étudiant Thibaut Coustillet, devenu ingénieur d’étude dans son groupe de recherche, elle développe d’abord un modèle capable de suivre le rythme respiratoire des animaux, puis adapte ce système à l’humain à partir de données cliniques recueillies auprès de pneumologues. Aujourd’hui, le logiciel analyse le débit ventilatoire pour déclencher la stimulation au moment approprié, évitant des stimulations trop longues et inconfortables.

Contrairement à d’autres dispositifs, AlgoStim cible non seulement les muscles abdominaux, impliqués dans l’expiration, mais aussi les muscles intercostaux, essentiels à l’inspiration. L’IA pourrait également renforcer les capacités du système à terme. Isabelle Vivodtzev travaille déjà sur un second projet baptisé PredictSim, financé par le CNRS, destiné à développer des fonctions prédictives permettant d’individualiser davantage les paramètres de stimulation et d’intégrer des retours en temps réel sur l’efficacité du dispositif.

Du laboratoire à la startup

Tout au long de son projet entrepreneurial, Isabelle Vivodtzev a reçu le soutien de Sorbonne Université. Après avoir décroché une ANR de 620 000 euros permettant d’explorer les mécanismes d’action neurophysiologiques et moléculaires mis en jeu, le projet a été soutenu par la Direction de la recherche et de la valorisation de l’université et a obtenu, en 2023, un premier financement de maturation de 250 000 euros via la SATT Lutech puis une aide de BPI France de 105 000€. Le programme MyStartup de Sorbonne Université a également joué un rôle décisif. « Ça a été une vraie prise de conscience du potentiel de cette aventure », se souvient Isabelle Vivodtzev. La chercheuse y découvre les mécanismes de création d’entreprise, et l’importance de structurer un projet autour de compétences complémentaires. Le programme lui permet aussi de prendre conscience de l’écosystème d’innovation qui existe autour de Sorbonne Université. 

Le projet a également intégré le programme Rise du CNRS, puis HEC Challenge +, dont il est sorti lauréat. Courtisé par plusieurs incubateurs, AlgoStim a depuis franchi plusieurs étapes : dépôt du brevet, soumission d’un article scientifique, développement d’un premier prototype démonstrateur et structuration d’une équipe entrepreneuriale associant expertises scientifiques, réglementaires et industrielles. 

Les prochains objectifs sont identifiés : études de faisabilité dès 2026, essais cliniques envisagés en 2028, puis marquage CE et début de commercialisation à l’horizon 2030. Cinq équipes cliniques françaises se montrent déjà intéressées par le projet pour de futures études cliniques sur le dispositif, notamment à la Pitié-Salpêtrière.