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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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Lithium et troubles bipolaires
Le lithium est utilisé dans le traitement des troubles de l'humeur tels que la bipolarité. Son action régulatrice chez l'homme se précise dans une récente étude.

Une action à élucider

Les troubles bipolaires se traduisent par une vie rythmée d'épisodes de dépression entrecoupés de phases maniaques, c'est-à-dire d'états de grande excitation pathologique. Sur le long terme, on observe une perte de la matière grise chez les bipolaires. Cette atrophie cellulaire a lieu en particulier dans le cortex frontal, une région du cerveau très impliquée dans la régulation des émotions. Depuis 70 ans, les sels de lithium sont utilisés pour soigner la bipolarité, et aujourd'hui encore, c'est le traitement le plus efficace. Mais, si l'action stabilisatrice de l'humeur de la molécule est connue, il reste encore des zones d'ombre quant à son mécanisme d'action.

Une technique sur mesure

Plusieures études sur des animaux ont déjà montré que le lithium empêche la perte de matière grise dans le cortex frontal, mais aucune n'a pu prouver l'action de la molécule au niveau microscopique. Récemment, une équipe de chercheurs du CEA et de l'institut Frédéric Joliot a éclairci le rôle protecteur de cet élément « miracle ». C'est avec la technique de l'IRM de diffusion, qui consiste à étudier comment les molécules d'eau se déplacent dans le cerveau, que les chercheurs ont put observer l'action du lithium à l'échelle microscopique. Cette technique permet d’appréhender les différents tissus du cerveau (structure, orientation) et donc le développement de la matière grise. « L'IRM de diffusion, qui a récemment gagné en précision, a apporté une véritable révolution pour la psychiatrie moderne, nous pouvons enfin observer le cerveau des patients en temps réel et ainsi être sûr que ce que nous observons est lié à la maladie » explique Josselin Houenou, médecin psychiatre responsable de l'équipe de recherche Neurospin. « Les études post-mortem ayant lieu longtemps après que la maladie du patient s'est déclarée, elles ne permettent pas de savoir si ce que nous observons est dû à la maladie ou à l'alcoolisme ou à la vieillesse, etc. » , poursuit-il.

Des résultats prometteurs

Le cerveau de sujets sains, de patients sous lithium et de malades ne suivant pas de traitement, ont donc été observés avec cette technique. Les résultats indiquent que le lithium a une action régénératrice et protectrice sur les dendrites (partie des neurones qui composent la matière grise) ! L'équipe française est la première à présenter ces résultats chez l'homme et à l’échelle microscopique. L'efficacité du traitement au lithium est telle que les sujets sous médicament présentent une densité de matière grise identique à celle des sujets sains dans le cortex frontal. « Nous ne sommes pas encore capables de déterminer en combien de temps la matière grise récupère, et si l'augmentation que nous observons correspond à un accroissement des dendrites ou du nombre de neurones » ajoute le docteur Houenou. « à l'avenir, il faudrait effectuer des études sur des modèles animaux pour répondre à cette question » conclut-il.

De manière globale, ces résultats signifient que la communication entre les neurones, et de fait la plasticité du cerveau, s'améliorent sous traitement. Ces améliorations pourraient sous-tendre les effets thérapeutiques du lithium dans les troubles bipolaires. Si ces résultats doivent encore être reproduits, ils ouvrent néanmoins des perspectives très intéressantes, en particulier pour d'autres pathologies neurologiques telles les maladies neurodégénératives. Pour cela, des études plus poussées seront nécessaires. "La prochaine étape consiste à mesurer la progression de la régénération de la matière grise dans une étude longitudinale" annonce Mr Josselin Houenou.

 

Juliette Torregrosa
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