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Lasers à l'honneur pour le Prix Nobel 2018

Arthur Ashkin a été primé pour l'invention des «pinces optiques», dont le principe repose sur l'utilisation des forces liées à la réfraction d’un faisceau laser en milieu transparent. Cette force va alors permettre de maintenir et de déplacer des objets microscopiques, voire ...

L'enjeu des débris spatiaux

Des débris dangereux qui s'accumulent

Depuis le lancement de Spoutnik 1 en 1957, le nombre de satellites artificiels en orbite autour de la Terre n'a cessé de croître. En 61 ans, on compte plus de 5000 lancements d'engins dans l'espace. Actuellement, quelque 1500 satellites sont actifs ...

Lidar au service du climat

L'altimétrie satellitaire

Le satellite ICESat-2 a été mis en orbite à une altitude de 466 km, avec à son bord le système ATLAS (Advanced Topographic Laser Altimeter System). Ce système d'altimétrie par satellite va analyser l'état des calottes polaires ...

Fin de partie pour les lampes halogènes

Pourquoi en finir avec les halogènes ?

À cause de leur durée de vie assez courte (2000 heures en moyenne) et d'une efficacité lumineuse médiocre, les lampes halogènes sont devenues obsolètes, dans un contexte où la sobriété énergétique ...

Titan Krios

Une technologie de pointe pour visualiser des composantes microscopiques

Le Titan KriosTM est un microscope électronique doté d'une caméra ultrasophistiquée, capable de fournir des images révolutionnaires par leur résolution. ...

Le LHC haute luminosité

Des données cruciales pour la recherche

Le LHC, Large Hadron Collider, est un accélérateur de particules circulaire, enfoui entre la France et la Suisse. Avec ses 27 km de circonférence, c'est le plus grand collisionneur de particules au monde, et aussi le plus puissant. Les particules y sont ...

Vitiligo

Une maladie de la peau assez fréquente

Le vitiligo se manifeste par l'apparition de zones dépigmentées sur la peau, due à la disparition de mélanocytes, les cellules pigmentaires productrices de mélanine, pigment de la peau. Si les causes exactes de la maladie restent mystérieuses, ...

La lutte contre la drépanocytose

Un enjeu majeur de santé publique

Chaque année, 275 000 nouveaux cas sont dépistés dans le monde, chez les nourissons. La drépanocytose touche particulièrement les populations d'Afrique et d'Inde. La France n'est pas totalement épargnée avec un enfant pour 1900 nouveaux nés atteint de la maladie. En 2009, elle a été classée au quatrième rang des priorités en matière de santé publique par l'OMS.

Qu'est-ce que la drépanocytose ?

La drépanocytose est une maladie génétique résultant de la mutation d'un gène. Elle ne s'exprime que si les deux allèles dont dispose l'individu ont mutés. Si un seul des deux a muté, on parle de porteur sain de la maladie.

La drépanocytose se caractérise par une anomalie dans la forme des globules rouges : au lieu d'être biconcaves, ils prennent une forme de croissant ou de faucille, d'où l'autre nom de la maladie, l'« anémie falciforme » (sickle cell anemia en anglais). Les globules rouges de cette forme sont plus fragiles et leur durée de vie chute drastiquement de 120 à une vingtaine de jours ce qui contribue à augmenter la viscosité du sang, avec la conséquence de boucher potentiellement de petites artères.

Les symptômes de la drépanocytose sont d'intensité variable mais généralement graves et handicapants. Parmi eux, on trouve principalement l'anémie chronique, des crises douloureuses vaso-occlusives dues à l'obturation des vaisseaux sanguins et une sensibilité plus importante aux infections.

Diagnostic

Le diagnostic de la drépanocytose peut se faire par deux moyens : par frottis sanguin, la forme de faucille des globules rouges étant observable au microscope, ou par test génétique qui permet de déterminer si le gène concerné a muté ou non. Un diagnostic prénatal peut même être fait pour les couples les plus à risques (si au moins l'un des deux est drépanocytaire et que l'autre est porteur sain). En effet, pour un couple de porteurs sains, le risque d'avoir un enfant drépanocytaire est de un sur quatre, et passe à un sur deux si l'un des deux est lui-même drépanocytaire.

Traitements et avancées de la thérapie génique

Les traitements les plus courants sont des traitements des symptômes de la maladie : pour éviter les complications, on prescrit au patient des antibiotiques et une couverture vaccinale renforcée pour se prémunir des infections, et des transfusions de sang provenant de donneurs sains pour éviter les troubles d'obturation et d'anémie chronique. Les transfusions répétées peuvent toutefois être rendues obsolètes si le système immunitaire du patient détecte le sang transfusé comme un corps étranger.

Le seul traitement curateur existant aujourd'hui est la greffe de cellules souches de la moelle osseuse, lieu de la production des globules rouges, pour rétablir une production normale. C'est une intervention lourde et non sans risque, qui nécessite de plus un donneur compatible de la famille (frère ou sœur), ce qui la rend inaccessible à bon nombre de malades. Elle est réservée aux personnes atteintes des formes les plus sévères de la maladie et disposant d'un donneur compatible.

Cependant, la thérapie génique pourrait apporter un nouveau traitement aussi performant et moins contraignant : une autogreffe de cellules souches hématopoïétiques (les cellules à l'origine de la production de toutes les cellules sanguines). Les résultats semblent pour l'instant encourageants : deux ans après l'administration du traitement dans le cadre d'un essai, un patient a produit plus de 50% d'hémoglobine normale (alors que 20% suffisent pour traiter la maladie). C'est une rémission complète avec disparition des symtômes, sans nécessiter de transfusion sanguine. Quelques années d'observation s'imposent toutefois avant de pouvoir déclarer le patient guéri. 

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La nature comme exemple
Le biomimétisme, une démarche d'innovation inspirée par la nature.

Depuis quelques années, les scientifiques s'inspirent des solutions mises au point par les êtres vivants pour résoudre efficacement des problèmes très nombreux et complexes. Ce champ porte le nom de bio-mimétisme, ou d'innovation bio-inspirée. Deux exemples :

Des papillons thermorégulés

Les ailes du papillon Morpho sont extraordinaires : non seulement elles présentent une couleur inimitable, mais elles permettent également au papillon de modérer sa température interne. La couleur bleu métallique unique des ailes de ce papillon n’est pas due à la présence d'un pigment comme pour la plupart des éléments naturels colorés, mais à sa structure. L’aile de ce papillon est organisée sur cinq niveaux : l’aile, les écailles, les stries, les lamelles et enfin les molécules. C’est à ce niveau moléculaire qu’on observe une structure dite photonique de l’aile, à savoir une organisation périodique avec une période de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde de la lumière. Cette structure extrêmement difficile à reproduire « capture » la lumière et ne laisse s’échapper que les rayons bleus. La surface de ces ailes remplit par ailleurs plusieurs fonctions, elle est auto-nettoyante et permet au papillon de réguler sa température. En effet, lorsqu’elle est chauffée, la structure de chitine de l’aile émet dans l'infra-rouge avec une intensité supérieure à une structure habituelle, ce qui permet de refroidir le papillon et de le maintenir à la température idéale de 40° C. Cette propriété pourrait fournir une piste de solution à l'un des défauts majeurs des panneaux solaires : leur performance décroît avec la température. Si la température des panneaux pouvait être maîtrisée , leur rendement serait optimisé.

Des algues chimistes

La diatomée est une algue courante dans les lacs et les rivières. Mais elle a une particularité qui fait rêver les chimistes : elle est capable de produire une carapace à partir de la silice dissoute dans l’eau, et ceci à température ambiante. Pour mémoire, le verre est produit industriellement en portant du sable (silice) à des températures d’au moins 1500°C pour le faire fondre. La diatomée a ainsi inspiré une chimie douce, se déroulant à des températures peu élevées, de 20°C à 200°C. Jacques Livage, Professeur à l'Université Pierre et Marie Curie, Membre de l'Académie des Sciences et du Collège de France, a ainsi mis au point un procédé peu énergivore, qui consiste à dissoudre de la silice dans l’eau puis à procéder à une opération de polymérisation en présence de catalyseurs et en jouant sur le pH. « Un procédé breveté en 1939 par l’entreprise Schott, mais curieusement ignoré par le monde académique jusque dans les années 1980 ! », souligne Jacques Livage. Ce procédé ne permet pas de créer des produits massifs, mais il permet de maîtriser très finement la création de la structure de silice, très utile pour réaliser des films très fins. De nombreuses applications ont déjà trouvé des débouchés économiques, par exemple pour les revêtements anti-reflet sur les vitrages des bâtiments ou les parebrises des automobiles, ou encore pour des revêtements auto-nettoyants à base de matériaux hybrides organo-minéraux en oxyde de titane (TiO2) qui décomposent les particules organiques par photocatalyse. D’autres sont encore en voie de développement comme l’emprisonnement de micro-organismes tels que des bactéries, champignons ou micro-algues dans des gels de silice tout en conservant leur activité biologique et les échanges des micro-organismes avec le milieu extérieur. Ce procédé pourrait servir pour fabriquer des capteurs antipollution ou des test immunitaires. Dans le domaine médical, des chercheurs ont également réussi à injecter chez des diabétiques des cellules de pancréas impliquées dans la production d’insuline, entourées d’une carapace en silice qui les protège contre le système immunitaire du patient.


Pour en savoir plus :

Site de l'exposition sur la bio-inspiration

Sur la photonique

Sur la chimie douce

Pauline Armary
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