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Iseult, plongée dans le cerveau humain

19 mai 2017

Une prouesse technologique

Pour ses 10 ans le centre NeuroSpin du CEA de Saclay se dote de l'IRM (instrument d'imagerie par résonance magnétique) le plus puissant au monde. Avec son aimant supraconducteur de taille inédite, il produira un champ magnétique de 11,7 teslas, près de huit fois plus intenses que ceux des IRM cliniques, dépassant le record de 10,5 T actuellement détenu par des Américains.

En améliorant la résolution des données d’imagerie médicale tomographique, l’aimant d’Iseult permettra de zoomer dans le cerveau avec une fluidité sans précédent. Outre son haut champ magnétique, le dispositif de blindage et le système cryogénique associés au scanner font de ce projet une véritable prouesse technologique. L'aimant sera installé et mis en service à NeuroSpin au courant de l'année 2017, suivie par une phase de tests. Son exploitation est prévue pour 2019.

Des enjeux médicaux, scientifiques, technologiques

L'IRM du projet Iseult ouvre la voie à l’exploration cérébrale à de très hautes résolutions spatiale et temporelle. En se fondant sur un assemblage de réseaux, non plus de millions de neurones mais de seulement quelques centaines ou milliers de neurones, le scanner permettra l’investigation de l’organisation fine du cerveau, tant sur le plan de l’architecture que sur le plan fonctionnel. Comment fonctionne le cerveau humain ? Quels sont ses éventuels dysfonctionnements ? Comment ses axes de câblage s'organisent-ils ?

Jusqu'à présent, les IRM permettent d'étudier l'architecture du cerveau en repérant les molécules d'eau. En offrant la possibilité d’observer d’autres molécules, comme les neurotransmetteurs ou le sucre, Iseult pourrait mener à découvrir de nouveaux marqueurs de maladies. À la clé, de meilleures connaissances fondamentales sur les troubles neurologiques et la santé mentale, donc à terme le développement de nouveaux outils thérapeutiques.

En savoir plus

NeuroSpin, centre névralgique, dossier page 14, Les défis du CEA

Le scanner IRM du projet Iseult, supplément dédié au scanner, Les défis du CEA

Le site du CEA, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives

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Imprimer de la peau artificielle
L'impression 3D de tissus humains grâce au laser se développe, avec à la clé des greffes de peau et une alternative à l'exploitation animale dans les essais en cosmétiques.

Réaliser des bio-impressions de peau

La peau est une structure complexe, organisée en trois couches de tissus (épiderme, derme, hypoderme). Il s'agit du plus grand organe du corps humain, puisqu'elle représente environ 16% de son poids total. Sa fonction principale est de former une barrière de protection envers le milieu extérieur, qu'il s'agisse des agressions thermiques et mécaniques ou des contaminants qui y sont présents.

L'impression 3D, qui permet la création d'un objet tridimensionnel par l'empilement de couches, a ouvert de très nombreux champs d'expérimentation. Jean-Christophe Fricain, directeur de l'unité Bioingénierie Tissulaire de l'INSERM à Bordeaux, souligne la différence avec la bio-impression, où « il s'agit de la fabrication additive de matériel non plus inerte mais biologique. Il existe plusieurs technologies de bio-impression. On peut utiliser des seringues qui se déplacent grâce à un bras piloté par ordinateur, pour pousser un hydrogel contenant du matériel biologique. On peut mettre au point un système par jet d'encre, qui émet des gouttelettes comme les imprimantes classiques mais dépose là aussi un hydrogel relativement fluide. On peut encore utiliser l'énergie laser pour faire des transferts de goutte comme le fait l'entreprise Poietis, c'est-à-dire des transferts de matière vivante : on combine alors différents composants biologiques, comme les cellules ou la matrice extra-cellulaire, pour organiser des structures qui ressemblent au tissu vivant. »

Une collaboration entre une entreprise de Pessac et l'INSERM a en effet mené à la mise en point une machine capable de produire de la matière vivante grâce à de la lumière laser. Trois semaines sont nécessaires pour reproduire de la peau. L'imprimante dépose, couche par couche, des micro-gouttes contenant des cellules selon un modèle numérique inspirés de tissus existants. Grâce à sa très haute définition, de l'ordre de vingt microns soit la taille maximale d'une cellule, le laser peut reproduire la complexité des tissus avec une grande précision et assurer leur auto-organisation. De plus, il assure la viabilité des cellules à hauteur de plus de 95%.

Des applications en clinique, en pharmacologie et en cosmétique

« À l'échelle micrométrique, l'impression biologique permet d'étudier le comportement de certaines organisation cellulaires, pour une recherche plutôt fondamentale. À l'échelle millimétrique, représenter la partie fonctionnelle d'un organe donne des applications dans le domaine de la toxicologie et de l'étude des médicaments, puisqu'on peut imaginer par exemple la réalisation de micro-modèle tumoraux sur lesquels tester des chimiothérapies avant de l'appliquer aux individus. À l'échelle centimétrique, l'enjeu est plutôt de reproduire des organes. »

À cette échelle des organes et des tissus, les enjeux de la bio-impression dans le domaine médical sont souvent médiatisés, avec l'idée par exemple de créer des greffons de peau à partir des cellules souches d'un·e patient·e. De telles techniques offrent l'avantage d'éviter tout risque de rejet. « La peau est un tissu relativement simple, pas vascularisé et assez superficiel, dont l'étude a d'importants débouchés notamment cosmétique. Cela explique que les techniques de bio-impression aboutissent plus rapidement dans ce cas, alors que les applications sur des tissus complexes comme les travaux de l'entreprise Organovo sur le foie se font à des échelles de temps plus lointaines. »

En cosmétique, les recherches de méthodes alternative à l'exploitation animale se sont accélérées depuis l’annonce en 1993 de l’interdiction progressive des essais sur les animaux pour les cosmétiques vendus en Europe, un processus achevé en 2013 et qui donnent l'exemple à d'autres pays. Plus de 200 méthodes alternatives à la recherche animale ont déjà été développées et validées par l’OCDE, parmi lesquelles le microdosage, les techniques d’imagerie non invasives, les simulations sur ordinateur et les tests in vitro.

En se servant d’une structure semblable à l’épiderme humain afin de mesurer l’irritation de la peau provoquée par les produits chimiques présents dans les cosmétiques, le développement de la peau artificielle constitue une alternative prometteuse aux expériences sur les animaux. Les recherches aboutissent à des peaux de plus en plus proches de la réalité, même s'il n’existe pas encore de modèle de peau complète et fonctionnelle à cause de la complexité de cet organe.

En savoir plus

Reconstruire la peau, au plus près du réel, Le Monde – Sciences

Cosmétiques : vers la fin des tests sur les animaux ?, Le magazine du monde

Impression 3D Laser du vivant : une approche innovante à Bordeaux, dossier de l'INSERM

Le site de Poietis, une entreprise de Pessac qui conçoit et développe des tissus biologiques humains pour des applications de recherche et en médecine régénératrice

Arthur Jeannot
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