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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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L'accélération de l'expansion de l'Univers
Des simulations numériques préparent le calibrage du satellite Euclid, qui sera lancé en 2020 pour essayer de comprendre l'accélération de l'expansion de l'Univers.

Le modèle cosmologique à l'épreuve

Une des énigmes majeures de l'astrophysique est de comprendre l'accélération de l'expansion de l'Univers. Afin de caractériser la nature de l'énergie sombre, qui en constituerait 68% de l'énergie, le satellite Euclid sera lancé en 2020 par l’Agence Spatiale Européenne pour une durée de vie de six ans et trois mois. Grâce à l'analyse de la déformation de la lumière sous les effets d'influence gravitationnelle, il dressera une cartographie en trois dimensions de plusieurs centaines de millions de galaxies.

Les creux et les pleins de l'Univers sont qualifiés par les spécialistes de toile d'araignée cosmique. Savoir comment la matière se distribue dans l’Univers en fonction du temps dans cette toile permettra de constituer un large catalogue de simulations, fondées sur différents modèles de la physique. Aujourd'hui, les physiciens sont obligés d'utiliser la constante cosmologique pour expliquer l'expansion de l'Univers, outil de modélisation qui ne s'inscrit pas encore dans un cadre théorique solide.

Vingt-cinq milliards de galaxies dans une simulation numérique

En Suisse, une équipe de chercheur·euse·s a réalisé une simulation numérique contenant vingt-cinq milliards de galaxies, soit 3 fois 1012 particules dans la simulation, le nombre de particules simulées traduisant le degré de précision du modèle. Les données utilisées dont issues des mesures du rayonnement cosmologique de fond du satellite Planck, lancé en 2009. Le code a été optimisés pour des microprocesseurs graphiques à l'origine développés pour les cartes graphiques, il a donc été rendu possible par l'industrie du jeu vidéo.

Grâce à la faible occupation en mémoire du programme réalisé, la simulation astrophysique n'a nécessité que huitante heures de traitement par le supercalculateur suisse Piz Daint, doté de cinq mille processeurs graphiques fonctionnant en parallèle. La simulation a été essayée sur un supercalculateur plus puissant, à Oakridge, aux États-Unis, qui a permis d'inclure jusqu'à 8 fois 1012 particules. La prochaine étape sera de multiplier les simulations en montant jusqu'à 1013 particules, ainsi qu'en intégrant au modèle de calcul des écarts au modèle standards.

De telles simulations parviennent à prédire l'évolution des amas de galaxies vers la distribution actuelle d'énergie dans l'espace, avec une grande précision puisque les petites galaxies sont prises en compte, à partir de 10% de la taille de la Voie Lactée soit à peu près à la taille du Grand nuage de Magellan. Ces travaux participeront à calibrer le satellite Euclid, ainsi qu'à confronter ses résultats avec les données du satellite pour confirmer ou invalider les modèles de la cosmologie. D'ici le lancement de la mission en 2020, d'autres modélisations seront effectuées, y compris avec des modèles non-standards s'écartant des équations d'Einstein.

Publié le 12 juillet 2017

En savoir plus

Une simulation virtuelle de 25 milliards de galaxies pour vérifier les lois de la physique, sur Sciences et avenir

Nouvelle mesure de l'expansion de l'Univers, sur Sciences en ligne

Un sondage aux origines de l'Univers, sur Sciences en ligne

Un milliard d'étoiles à l'étude, sur Sciences en ligne

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Euclid, sur le site du CNES

Arthur Jeannot
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