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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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Dévier les astéroïdes géocroiseurs
Tracteur gravitationnel, impacteur cinétique et souffle d'une explosion nucléaire : trois techniques à l'étude pour dévier de sa trajectoire un éventuel astéroïde géocroiseur.

Quels astéroïdes nous menacent ?

Les astéroïdes sont des corps rocheux errant dans l'espace, d'un diamètre compris entre dix mètres et mille kilomètres. Plusieurs millions d'entre eux gravitent dans le système solaire, notamment entre Mars et Jupiter dans la ceinture principale d'astéroïdes, ou encore, dans la ceinture de Kuiper au-delà de Neptune. Par le jeu des perturbations gravitationnelles, leur trajectoire les fait parfois croiser notre orbite, auquel cas on les appelle des géocroiseurs. Lorsqu'il pénètrent dans l'atmosphère et atteignent la surface, il s'agit de météorites.

Comme les comètes, les astéroïdes ont contribué à l'apparition de la vie sur Terre en y apportant de l'eau et des matériaux organiques, mais ils ont aussi provoqué des destructions, directement par leur impact ou indirectement par leurs effets sur le climat et les écosystèmes. Le risque d'être touché par un astéroïde est faible à l'échelle d'une vie humaine, mais certain sur la durée, avec des effets dévastateurs s'il tombe sur une zone densément peuplée.

La communauté scientifique parvient aujourd'hui à surveiller 90% des objets célestes de plus de 1 kilomètre, 30% des astéroïdes de 160 mètres et plus et 1% des corps de plus de 30 mètres, ces derniers pouvant détruire une ville. Les efforts s'accroissent pour mieux les recenser et développer des missions permettant de réagir à leur éventuelle venue. Leur potentiel de dangerosité est classé selon l'échelle de Turin, graduée de 0 à 10, 10 signifiant une collision frontale avec la planète.

Trois techniques pour dévier un astéroïde

Pour se protéger d'une collision dangereuse, il faut s'adapter aux risques possibles. Ainsi, pour les astéroïdes de taille inférieure à 50 mètres avec un temps d'impact très court, la seule possibilité est de prédire le point d'impact et d'évacuer la zone concernée. Si l'objet est plus gros ou le temps avant l'impact plus long, trois techniques sont à l'étude pour faire dévier l'astéroïde et éviter la collision.

Pour les astéroïdes de taille inférieure à cinquante mètres avec un temps d'impact suffisant, la méthode du tracteur gravitationnel consiste à envoyer un assemblage assez massif de satellites artificiels près de l'astéroïde. La force de gravitation va alors modifier la vitesse et la trajectoire de l'astéroïde, l'envoyant sur une orbite différente de celle de la planète. Cette solution, qui nécessite des modélisations et des calculs très poussés, n'existe pour l'instant qu'à l'état de théorie.

Pour les astéroïdes de taille comprise entre cinquante mètres et plusieurs centaines de mètres, la technique de l'impacteur cinétique consiste à envoyer une fusée heurter à très grande vitesse l'astéroïde, à un endroit et avec une vitesse précise. La mission américano-européenne AIDA mettra à l'épreuve cette solution, avec l'engin autoguidé baptisé DART. En 2022, il devra percuter la lune de l'astéroïde Didymos, afin d'observer la réaction de l'objet céleste.

Pour les astéroïdes de taille supérieure à un kilomètre, la solution envisagée est de lancer une ogive nucléaire dans l'espace pour la faire exploser à proximité de l'astéroïde. Le risque est de générer plusieurs morceaux au comportement imprévisible, qui pourraient donc être plusieurs à percuter la planète en suivant leur nouvelle trajectoire. Seuls des travaux de simulation étudient cette idée, car les objets de grande taille sont quasiment tous identifiés et ne posent aucun problème pour les siècles à venir.

En savoir plus

Une sonde à l'assaut d'un astéroïde, sur Sciences en ligne

La journée mondiale des astéroïdes, sur Explorathèque

Arthur Jeannot
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