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Interférences et biomolécules

CC BY-SA 4.0 Alexandre Gondran
Les expériences d’interférences mettant en jeu des molécules de plus en plus grosses et lourdes révèlent que les lois de la mécanique quantique sont applicables bien au-delà du monde de « l’infiniment petit » ...

Anomalie de dilatation thermique

By Simon Mer - Own work, CC BY-SA 4.0
Généralement, les matériaux se dilatent lorsqu’ils sont chauffés. La raison en est qu’une élévation de température correspond à une augmentation de l’agitation des atomes, or cette agitation n’est pas symétrique. ...

Nucléosythèse et étoiles à neutrons

(C) NASA - Nébuleuse du Crabe, marquée par la présence d'une étoile à neutron
Mis à part quelques éléments légers comme l’hydrogène, l’hélium, le lithium… produits peu après le big bang, tous les noyaux atomiques naturels ...

Des réfrigérateurs à torsion

Impératifs environnementaux

Près de 20% de l’énergie électrique produite dans le monde est consommée par les climatiseurs, réfrigérateurs et congélateurs. De plus, ces machines frigorifiques utilisent des fluides frigorigènes dont la plupart sont des gaz ...

Les batteries au lithium pour un Nobel

De la petite électronique à la voiture électrique, la pile lithium-ion - non rechargeable - et surtout l'accumulateur - rechargeable - ont envahi notre quotidien. Sans cette technologie lithium-ion, téléphones mobiles, tablettes et autres appareils nomades n’existeraient pas ou seraient ...

Du champagne supersonique

Physique du bouchon de champagne

Tout le monde le sait, lorsqu’une bouteille de champagne est débouchée, le bouchon est souvent violemment propulsé… ce qui peut être dangereux s’il percute l’œil. La raison pour laquelle le bouchon saute à environ 50 km/h vient ...

Le matériau le plus noir du monde

Si vous pensiez qu’obtenir un noir intense était chose facile, vous vous trompiez. Depuis de nombreuses années, artistes et scientifiques cherchent la formule du véritable noir, ou du moins à s'en approcher. Par noir véritable, entendez une surface qui ne renverrait aucun rayon lumineux. Actuellement, ...

Organes sur puce, vers un futur bionique ?

Imaginez une puce tenant dans la main qui renfermerait un micro-poumon ? Science fiction ? Fantasme de savant fou ? Absolument pas, il s'agit de choses bien réelles et déjà brevetées ! Apparus courant 2010, les organes sur puce visent à reproduire le fonctionnement de certains organes dans des conditions expérimentales choisies.

Des débuts prometteurs

C'est une équipe de Boston, qui la première a mis au point le premier véritable organe sur puce. Il s'agissait d'un dispositif faisant intervenir la technologie microfluidique. « Visuellement, les organes sur puce ressemblent à des dominos » explique Xavier Gidrol, chef de service au CEA-Irig de Grenoble. Domino dans lequel des micro-canaux transportant de l'air et du liquide proche du sang sont séparés par une couche de cellule endothéliale et épithéliale pulmonaire, mimant la paroi alvéolaire d'un poumon. Cette paroi, et c'est la vraie révolution qu'a apportée l'équipe bostonienne, peut s'étirer en rythme, comme lors de la respiration. Ainsi, ce dispositif permet de mimer à la perfection la fonction de l'organe pulmonaire.

Depuis le premier "poumon sur puce", de nombreux chercheurs se sont penchés sur le sujet, recréant les fonctions de nombreux organes sur des puces en polydiméthylsiloxane (un polymère). À la différence des organoïdes (mini-organes produits à partir de cellules souches), les organes sur puce miment la fonction d'un organe tandis que les autres ont pour vocation de répliquer les organes. Les deux technologies peuvent sembler proches, mais n'impliquent pas les mêmes techniques. Les organoïdes sont cultivés en milieu de culture à partir de cellules souches pluripotentes. Ces cellules se différencient progressivement et s'organisent selon les lois qui les régissent pour former des mini-organes. Dans le cas des organoïdes il s'agit d'auto-organisation tandis que pour les organes sur puce le développement est contrôlé et chaque cellule est placée sciemment.

Une révolution pour l'industrie pharmaceutique

La première application des organes sur puce se situe dans la recherche pharmacologique. Cette technologie pourrait permettre à long terme de se passer des essais réalisés sur les animaux. En plus de l'aspect éthique, l'expérimentation animale possède de nombreuses limites. "Cela fait des années que nous savons soigner le cancer chez la souris alors que nous tâtonnons encore pour l'homme", souligne Mr Gidrol. En effet, l'action d'un médicament peut être très différente lorsqu'on l'administre à une souris ou à un homme. Avec les puces, les cellules utilisées sont d'origine humaine, l'effet des médicaments est donc beaucoup mieux évalué. Par exemple, pour tester l'effet d'un traitement de la mucoviscidose, il suffirait de prendre les cellules pulmonaires d'un patient et de recréer le poumon malade sur puce, puis de tester la substance médicamenteuse. Sur le long terme, les traitements pourraient être personnalisés grâce à cette technique.

Depuis ces premiers pas, l'organe sur puce a beaucoup évolué et les financements suivent cette évolution, ce qui permet à de nombreuses équipes de recherche dans le monde de se concentrer sur la question.

Une technique pleine d'avenir :

Dans le domaine, deux nouveaux axes de recherche sont apparus. L'un représenté par les équipes du CEA de Grenoble, qui cherchent à développer des organoïdes sur puces et l'autre par certains chercheurs aux États-Unis qui essayent de connecter plusieurs organes sur puce entre eux, afin d'obtenir un « corps entier » sur puce (Body on a chip). Le but étant pour les deux axes de se rapprocher le plus possible d'une copie réaliste d'organes. « Le Graal serait de se rapprocher le plus possible du vivant, pour avoir l'organe sur la paillasse » indique Xavier Gidrol, qui travaille sur un organoïde de foie et plus précisément sur des îlots de Langerhans sur puce. À l'avenir, cela permettrait de mieux comprendre le fonctionnement et le développement des organes.

À l'avenir, cette technologie pourrait révolutionner la médecine régénératrice, en greffant des organoïdes à des patients en attente d'une greffe (cela ne remplacerait pas la greffe). Par exemple des personnes atteintes d'un diabète de type I pourraient se voir greffer des îlot de Langerhans élevés sur puce, produisant de l'insuline normalement. Le but serait de restaurer la fonction de l'organe en attendant la greffe d'un organe fonctionnel.

 

Pour en savoir plus :

Article de science et vie : https://www.sciencesetavenir.fr/sante/e-sante/organes-artificiels-ces-puces-qui-miment-le-vivant_92753

Les défi du CEA, dossier : http://www.cea.fr/multimedia/Documents/publications/les-defis-du-cea/les-defis-du-CEA-238.pdf

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Chiens policiers, mieux piéger les odeurs
L'odorologie canine, développé par la police scientifique a récemment trouvé une application à la détection de cancers.

L'odorat et les chiens

Les sens chimiques de l'odorat et du goût renseignent sur la nourriture et les odeurs corporelles des êtres vivants qui nous entourent. En ce qui concerne l'olfaction, les molécules amenées par le mouvement inspiratoire à l'état gazeux stimulent par leur interaction les cellules nerveuses réceptrices de la muqueuse olfactive. Un neurone relié à un récepteur est spécifique, mais l'important est que la reconnaissance des odeurs par les récepteurs olfactifs se fait par combinaison, ce qui permet de différencier une grande quantité de produits.

Abrités dans 200 cm² de muqueuse olfactive, le nez des chiens est doté de 300 millions de récepteurs d'odeurs, contre 5 millions pour les êtres humains. Pour prendre un autre chiffre, l'odorat du·chien est 1 million de fois plus sensible que celui de l'être humain. Ainsi, un chien· renifleur est en mesure de reconnaître l'odeur d'une personne dans jusqu'à 90% des cas. Le pourcentage restant n'est pas dû à une défaillance de l'odorat, plutôt à la qualité olfactive des prélèvements.

Chaque individu possède une empreinte olfactive unique, qui se répand partout où il passe. Cette signature est constituée de plusieurs centaines de composés organiques volatils, dont la nature et les quantités sont déterminées génétiquement parmi un nombre quasi infini de possibilités. L'odeur humaine comprend aussi une composante secondaire, induite par notre fonctionnement biologique comme le régime alimentaire ou le niveau de stress, ainsi qu'une composante tertiaire, qui résulte d'apports extérieurs et de notre environnement. Au-delà de la détection des odeurs, l'odorat fin des chiens leur permet de discriminer ces différentes composantes et de reconnaître un individu, y compris entre deux vrais jumeaux avec les mêmes conditions de vie.

Les sciences de l'odorologie

Comme les empreintes digitales ou l'ADN, les odeurs peuvent alors servir à identifier des suspects pour la police scientifique. L'odorologie consiste à capter des traces odorantes, à l’aide de tissus spéciaux enduits de paraffine, puis à les comparer à celles prélevées sur un·e suspect·e grâce à des chiens spécialement formés à cette tâche. Depuis 2003, cette science a été utilisée dans plus de 520 affaires en France et a permis environ 160 identifications.

Pour améliorer l'efficacité de cette technique, des chimistes et des mathématiciens toulousains ont développé un outil biométrique sous la forme d'un piège à molécule, appelé aussi « éponge moléculaire ». Constitué d’huiles végétales auxquelles une substance gélifiante a été ajoutée, un réseau de cristaux de sucre crée de la porosité. Les molécules odorantes se fixent sur les parois de ce réseau et se solubilisent dans le gel. Pour une pastille de la taille d’une pièce de monnaie de ce gel organique microporeux, la surface de contact avoisine les 200 m2, soit autant qu’un court de tennis.

Dans le cadre du projet CNRS Recherche Attentat, mis en place après les attaques terroristes du 13 novembre 2015, cette étude vise aussi à déterminer la composition exacte des molécules odorantes piégées avec un spectromètre de masse. Les algorithmes élaborés permettront de remplacer les chiens dans l'identification des odeurs primaires, voire même de caractériser les composantes secondaires et tertiaires de l’odeur humaine. Cette technique aurait le double avantage de produire des éléments de preuve convaincants pour les magistrats, tout en fournissant des informations comme l’état de santé ou des éléments de l’environnement d’un suspect.

L'odorologie canine peut aussi trouver des applications en médecine, comme le montre le programme de recherche Kdog de l’Institut Curie. Sur 130 prélèvements, des lingettes imbibées de sueur, 100% des 79 femmes à qui venait d’être diagnostiqué un cancer du sein et qui n’avaient pas encore démarré de traitement ont été identifiées. Montrer que les cancers du sein ont une odeur commune est déjà un résultat, que des chiens bien entraînés réussissent à discriminer les composés volatils émis en est un autre. Ce premier test sera suivi d’un essai de plus grande envergure, sur mille femmes. Même si ce type de diagnostic canin de première intention devra toujours être confirmé par des moyens plus conventionnels, en attendant des moyens plus directs, les chiens pourraient être utiles au dépistage dans des zones ou des pays dans lesquels une mammographie est difficile à réaliser.

En savoir plus

Site de l'IMRPC, laboratoire des Interactions Moléculaires et Réactivité Chimique et Photochimique, ainsi que la page sur ce sujet de recherche

Site du projet KDOG

Arthur Jeannot
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