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Du ribose dans les météorites

Le ribose, sucre vital

L’ADN - ou acide désoxyribonucléique - est formé en particulier d’un sucre, le désoxyribose, lui-même un dérivé du ribose (C5H10O5). Plus précisément, dans le désoxyribose (C5H10O4) un groupement hydroxyle (-OH) du ribose ...

Un nouveau comportement des électrons

Cooper pairs - Tem5psu CC BY-SA
Isolants, conducteurs et semi-conducteurs

Le comportement d’un solide cristallin relativement au courant électrique, peut être celui d’un isolant, d’un semi-conducteur, d’un métal ou d’un supraconducteur. Dans les isolants, ...

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 du fait qu’une bouteille de champagne contient 8,8 g de dioxyde de carbone (CO2) soit 0,2 mole, dont l’essentiel est dissout dans le liquide, le reste se trouvant sous pression dans le goulot, en équilibre avec le CO2 dissout. A 20°C, la pression dans le goulot vaut 7 fois la pression atmosphérique, tandis qu’à 30°C, elle lui est 10 fois supérieure. Le bouchon est donc plus fortement poussé vers l’extérieur que l’air ambiant à la pression atmosphérique le pousse vers l’intérieur. Aussitôt après l’expulsion du bouchon, un « nuage » de condensation apparaît au-dessus du goulot. En effet, lors de son expansion, le CO2 pousse le bouchon vers l’extérieur et lutte contre la pression atmosphérique, si bien que l’énergie qu’il dépense pour effectuer ce travail se traduit par une chute de température, le gaz n’ayant pas le temps d’équilibrer sa température avec le milieu ambiant par échange de chaleur : la détente s’effectue de manière adiabatique (sans échange de chaleur). La chute de température provoque la condensation de la vapeur d’eau en liquide et même solide avec apparition de fines gouttelettes et de cristaux. La température après détente est plus basse lorsque la pression initiale est plus importante, c’est-à-dire lorsque la température initiale est plus élevée. Comme la température peut chuter à -90°C, le CO2 peut lui-même geler.

Du nouveau !

C’est en étudiant attentivement ce phénomène que les physiciens français Gérard Liger-Belair, Daniel Cordier et Robert Georges du CNRS viennent de découvrir une chose surprenante qui a faut l’objet d’une publication (Liger-Belair et al. Sci. Adv. 2019; 5 : eaav5528 20 Septembre 2019) : l’expansion du CO2 s’effectue de manière supersonique (c'est-à-dire plus rapide que 340 m/s) avec formation de ce qui s’appelle un « disque de Mach »… qu’il ne faut confondre avec un « cône de Mach », lequel apparaît lorsqu’un objet - comme un avion par exemple ou une balle - avance à vitesse supersonique. Les disques de Mach sont des ondes de choc bien visibles dans les jets des réacteurs d’avions supersoniques. Le jet de plusieurs mètres de long comporte des stries régulièrement espacées : ce sont les « disques de Mach » appelés aussi en anglais « shock diamonds ». À l’aide d’une caméra ultrarapide, les chercheurs ont pu photographier l’apparition d’un disque de Mach et son évolution au cours du temps. Comme quoi, il y a encore de la physique à découvrir dans une simple bouteille de champagne.

 

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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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