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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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Polluants de l'air, une menace pour la santé
Les polluants chimiques d'origine humaine sont un véritable problème de santé publique, pas seulement lors des pics de pollution, mais en continu et sur le long terme.

Les polluants chimiques, un enjeu de santé publique majeur

En plus d'avoir des effets sur l'environnement, notamment par l’intermédiaire des pluies acides, la pollution de l’air constitue un danger pour la santé humaine. Chaque jour, environ 15 000 litres d’air transitent par nos voies respiratoires. Les jeunes, les personnes âgées et les populations défavorisées en souffrent le plus, mais cette pollution affecte tout le monde, aussi bien en ville qu'à la campagne, dans les pays développés et ceux dits en voie de développement. Selon l’Agence européenne pour l’environnement, la pollution de l’air serait responsable de 467 000 morts prématurées chaque année en Europe.

Les particules en suspension pénètrent dans le système respiratoire, les plus fines d'entre elles pouvant même rejoindre la circulation sanguine. La dégradation de la qualité de l’atmosphère augmente le risque d’accident vasculaire cérébral, de cardiopathie, de cancer du poumon, de certaines maladies neurodégénératives et de maladies respiratoires aiguës comme l’asthme. En provoquant des irritations au niveau du nez et des yeux, elle est aussi liée à l'augmentation du nombre d'accidents de la route. Dans certaines villes, l’exposition à cette pollution équivaut à un tabagisme passif de six cigarettes par jour. La pollution de l'air intérieur, suivant les méthodes de chauffage et de cuisson des aliments, pose également problème.

Des particules en suspension dans l'atmosphère

Les particules en suspension sont constituées d'un mélange de substances organiques et minérales, sous forme solide ou liquide. On trouve parmi elles les sulfates, les nitrates, l’ammonium, le chlorure de sodium, le carbone, les matières minérales et l’eau. Elles proviennent de sources naturelles, comme le sel de la mer ou les poussières des éruptions volcaniques, des feux de forêts et des déserts, ou proviennent d’activités humaines. En moyenne, les aérosols d'origine anthropique constituent environ 10 % de la quantité totale d'aérosols présents dans l'atmosphère. Les matières particulaires peuvent être classées selon leur diamètre. Ainsi, les PM10 ont un diamètre inférieur à 10 micromètres. Les PM2,5 sont qualifiées de particules fines, les PM1,0 de particules très fines et les PM0,1 de particules ultra-fines ou nanoparticules.

Les processus de transformation, de transport et d'élimination des particules polluantes sont sous l'influence de la chimie de l'atmosphère. Suivant les conditions météorologiques, elles peuvent s'accumuler dans des masses d'air stagnantes. Les particules primaires sont émises directement dans l’atmosphère, alors que les particules secondaires sont formées par des réactions chimiques de polluants gazeux dans l’atmosphère. Le chauffage résidentiel au bois, la combustion de certaines industries ou le trafic, notamment des véhicules roulant au diesel, émettent du dioxyde d'azote sous forme gazeuse. Sous l'effet de composés présents dans l'atmosphère, celui-ci peut se transformer en acide nitriques. Les activités agricoles sont responsables de la présence d'ammoniac, certaines industries émettent du dioxyde de soufre, tandis que les centrales à charbon contribuent à la présence de sulfates.

Des recommandations pour mieux protéger la santé

Les pics de pollution correspondent à des dépassements de seuils réglementaires d’alerte, définis en 2008 par l’Union européenne et transposés dans le droit français fin 2010. En plus d'occulter la question de la pollution quotidienne, ces valeurs seuils ne sont pas assez protectrices. Pour les PM2,5 par exemple, elle est de 25 μg / m3 grâce à la législation européenne, qui deviendront 20 μg / m3 dès 2020, alors que l’OMS recommande un seuil annuel à 10 μg / m3. Les PM1,0, elles, ne sont pas réglementées. De plus, outre l'indicateur de la concentration massique des particules en suspension, la connaissance de leur composition chimique est aussi un enjeu scientifique et politique. Dans un avis publié le 23 mai 2017, l'Anses (Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail) recommande ainsi d’abaisser la valeur seuil annuelle pour les PM2,5 au niveau des recommandations de l'OMS, ainsi que d’introduire une valeur seuil journalière pour ce polluant.

L'agence souligne également l’importance de poursuivre les efforts dans la mise en œuvre de politiques publiques de long terme en faveur de l’amélioration de la qualité de l’air. Dans cette optique, la réduction de la formation de particules secondaires implique le développement des transports collectifs et des transports doux, la modification des pratiques d'épandage et d'élevage, le renouvellement des dispositifs de chauffage au bois et un investissement dans l'isolation des logements.

En savoir plus

L’Anses recommande de poursuivre les efforts pour améliorer la qualité de l'air ambiant, l'avis de l'ANSES

Les particules fines sont dangereuses, pas seulement pendant les pics de pollution, sur The Conversation

Qualité de l'air ambiant et santé, aide-mémoire de l'OMS

Accord sur les émissions de HFC, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
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