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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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Les protéines du tardigrade
Les qualités de résistance extrêmes du tardigrade ont permis de mettre en évidence les propriétés de préservation des protéines intrinsèquement désordonnées.

Publié le 27 avril 2017

Que sont les protéines intrinsèquement désordonnées (PID) ?

François-Xavier Theillet, chercheur à l'I2BC (Institut de biologie intégrative de la cellule, rattaché au CEA, au CNRS et à l'université Paris Sud) étudie ces PID et les agrégats qu'elles peuvent former dans le cadre d'études sur les maladies neurodégénératives.

« La plupart des protéines connues adoptent une structure stable, c'est-à-dire un repliement stable, comme une pelote de laine bien enroulée. Elles sont donc relativement compactes, avec une surface et une fonction bien déterminées. Les PID, elles, ressemblent à une pelote de laine déroulée, sans repliement stable, même si elles peuvent se structurer lorsqu'elles interagissent avec des partenaires. Elles sont dans des conformations relativement désordonnées, moins compactes, elles sont donc plus flexibles et leurs zones d'interaction sont plus variées.

Les PID sont souvent impliquées dans les interactions entre protéines au sein de la cellule, ce qui permet notamment la transmission des informations. Elles sont essentielles pour, par exemple, réguler la multiplication et la différenciation cellulaire. De manière moins spécifique, elles ont aussi la capacité de changer les propriétés physiques de leur environnement, comme on l'observe chez le tardigrade. »

L'étude du tardigrade

Les tardigrades sont des invertébrés, que l'on peut qualifier d'extrêmophiles car ils présentent de fortes capacités de résistance. Ils sont notamment capables de résister à une forte perte d'eau, la dessiccation, en entrant dans un état dit de cryptobiose. Une équipe de l'université de Caroline du Nord a montré qu'une telle capacité de résistance provenait des fameuses protéines intrinsèquement désordonnées.

Les scientifiques ont identifié les gènes codant pour ces protéines, surexprimés lorsque les tardigrades subissent une dessiccation progressive. En induisant la production de ces protéines dans une levure et une bactérie par une manipulation génétique, des organismes plus résistants à la dessiccation ont été obtenus. Cette expérience a mis en évidence le rôle de ces protéines dans la cryptobiose des tardigrades.

Une hypothèse est que, grâce à leur malléabilité, les protéines forment une matrice qui protège les molécules sensibles en son sein. Chez le tardigrade, cela s'accompagne sans doute d'autres mécanismes comme le ralentissement du métabolisme ou la réparation de l’ADN abîmé.

Des pistes de conservation

Les phénomènes physiques ne sont pas encore bien décrits, mais les pistes de recherche sont ouvertes. Ces protéines pourraient être utilisées pour lyophiliser des médicaments ou des vaccins. On pourrait les conserver longtemps et facilement, puis les réhydrater au moment voulu, par exemple au terme d'un transport entre deux laboratoires. Dans ce cas, des essais cliniques seraient nécessaires pour garantir l'innocuité de ces protéines.

D'autres protéines du tardigrade sont étudiées dans le monde, comme les Dsup (pour Damage suppressor) qui limitent les atteintes génétiques provoquées par les rayons X. De telles propriétés permettraient d'établir des radiothérapies ciblées, ou de manière plus générale de préserver autrement les matériaux biologiques.

En savoir plus

Tardigrades Use Intrinsically Disordered Proteins to Survive Desiccation, Molecular Cell

Le tardigrade, un animal capable de survivre dans l’espace, En quête de sciences

Tardigrade : ces super-pouvoirs dont vous ne verrez jamais la couleur, France Culture

Interactions, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
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