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Prototypes, recherche, innovation

Une démarche collaborative

Dans le domaine de la recherche, la réalisation des expériences scientifiques requiert souvent de nouveaux instruments, plus perfectionnés, plus sensibles, plus puissants ou tout simplement adaptés à des conditions expérimentales particulières. Ces prototypes de laboratoire sont le fruit ...

Quarks : une combinaison à quatre

Par Ranjithsiji — Travail personnel CC BY-SA 4.0

Le légo des quarks

Contrairement au proton et au neutron, les quarks sont des particules élémentaires, c’est-à-dire des particules qui ne sont pas elles-mêmes constituées d'autres « briques ». L’électron est élémentaire aussi, comme ...

La foudre bat des records

CC BY SA André Karwath aka Aka

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Un moteur moléculaire à effet tunnel

Credit: Empa
Un moteur quantique
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Photo-ionisation

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Vers de nouvelles technologies de chargeurs

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Des composants indispensables

De nombreux appareils électriques fonctionnant sur piles ont besoin d’être chargés régulièrement. On emploie donc des accumulateurs électrochimiques. Ces derniers sont rechargeables un très grand nombre de fois, contrairement aux piles. Téléphones ...

Un micro-accélérateur de particules

Vue du tunnel du LHC - Auteur : Maximilien Brice, CERN

Des ondes électromagnétiques pour accélérer les particules

Les physiciens de l’infiniment petit emploient des accélérateurs pour communiquer aux particules de très grandes vitesses afin de produire des collisions énergétiques. Au CERN par exemple, grâce à l’accélérateur LHC (le plus puissant du monde) qui fait 27 km de circonférence, les protons se percutent avec une vitesse égale à 99,999999 % de la vitesse de la lumière. En réalité, les protons sont pré-accélérés dans d’autres machines plus petites avant de pénétrer dans le LHC et subir leur accélération ultime. Par ailleurs, pour diverses applications, notamment médicales, des accélérateurs de particules plus modestes sont également nécessaires pour produire certains rayonnements employés en radiothérapie.

Les particules sont accélérées à l’aide de champs électromagnétiques, un peu comme des surfeurs avançant sur leurs vagues. L’énergie des particules augmente grâce aux ondes électromagnétiques qui leur en fournissent. Souvent, ce sont des microondes qui sont employées. Or, l’énergie du photon associé à l’onde est proportionnelle à la fréquence ou - ce qui revient au même - inversement proportionnelle à la longueur d’onde.

Ondes plus courtes, accélérateurs plus petits

L’idée que des chercheurs de l’université de Stanford aux Etats-Unis ont poursuivie consiste justement à accélérer des électrons avec des impulsions lasers infrarouges dont la longueur d’onde est de l’ordre de 1000 à 100 000 fois plus courte que les microondes. Cela signifie aussi des dimensions autant de fois plus petites. La taille d’un accélérateur comme le LHC devrait donc pouvoir être réduite à quelques dizaines de mètres, voire à moins d’un mètre. Pour le moment, les physiciens sont parvenus à accélérer des électrons à 1 keV (mille électronvolts) sur une distance de 25 micromètres. En effet, le « tube » de l’accélérateur a été dessiné sur une puce en silicium de 25 micromètres de long : il s’agit d’un sillon de 0,25 micromètre de large. C’est dans ce sillon que les électrons ont été accélérés à mille volts, grâce à 100 000 impulsions lasers par seconde traversant le sillon perpendiculairement. Afin que l’énergie des électrons atteigne 1 MeV soit 94% de la vitesse de la lumière, il faudrait mille tubes de ce type, soit une longueur de 25 mm. Compte tenu de l’exploit réalisé, les accélérateurs ultra-miniaturisés devraient voir le jour prochainement.

En savoir plus 
Sur l'utilisation des lasers pour accélérer les particules
https://home.cern/fr/news/news/physics/nobel-work-shines-light-particle-physics

Publié le 20/05/2020
 

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du premier stage au premier emploi


COVID-19 : pistes thérapeutiques
La recherche s'active pour faire face à la pandémie de COVID-19.

© CDC/Dr. Fred Murphy/Sylvia Whitfield

La crise sanitaire qui touche actuellement le monde entier, avec l'épidémie de COVID-19 a déjà causé des dizaines de milliers de morts dans le monde. Les scientifiques se mobilisent pour contrer le plus rapidement possible le virus dévastateur. Traitements, vaccins, aucune option n’est laissée de côté.

La médecine face à l'urgence du traitement

Rappelons-le, la première action face au virus SARS-COV2, responsable de la COVID-19 , consiste dans le respect des gestes barrières et de la distanciation sociale, pour éviter autant que faire se peut la transmission, protéger les plus faibles, éviter l'engorgement des systèmes de soin, et se donner le temps de trouver des traitements appropriés. Pour ce dernier point, les scientifiques du monde entier explorent différentes voies thérapeutiques.

En règle générale, avant de pouvoir administrer un médicament, des essais cliniques, longs et coûteux, permettent de vérifier l'innocuité de la molécule active et son efficacité. L'idée centrale est de pouvoir contrôler l'action de l'administration de cette molécule, en la comparant avec la situation dans laquelle l'on administre un placebo au patient.

Toutefois, face à l'urgence de traiter les patients ayant contracté une maladie potentiellement mortelle, les praticiens sont confrontés à un dilemme : respecter strictement cette approche prudentielle, quitte à ne pas mettre en œuvre un traitement qui pourrait être efficace mais qui n'est pas approuvé, ou utiliser une voie thérapeutique incomplètement testée, ce qui peut exposer les patients à des risques graves, voire mortels.

Pour gagner du temps en contexte épidémique, l'une des pistes consiste à utiliser des médicaments existants, susceptibles de trouver une nouvelle indication thérapeutique face à l'agent pathogène responsable de l'épidémie. Ce « repositionnement de molécules », qui supprime les phases d'évaluation clinique de la toxicité, s'inscrit dans la recherche de parades rapides.

Ainsi, plusieurs essais cliniques en cours concernent-ils diverses molécules, seules ou en association utilisées dans le traitement d'autres pathologies : par exemples des dérivés de la chloroquine, utilisés notamment pour le traitement du paludisme, ou divers antiviraux, dont certains ont fait leurs preuves contre le VIH ou Ebola.

Le vaccin

Le vaccin est l'une des voies majeures pour traiter, voire éradiquer un virus. L’histoire en est la preuve, avec la variole. Néanmoins, pour certains virus tels que le VIH, le vaccin est très difficile à mettre au point. En revanche, pour l'épidémie d'Ebola, des vaccins ont été développés relativement rapidement.

Le vaccin s'appuie sur les défenses immunitaires de l'organisme, qu'il mobilise et prépare à un contact éventuel avec un agent pathogène. La première ligne de défense de l'organisme, c’est l’immunité innée, qui intervient immédiatement, de manière non spécifique, pour empêcher la pénétration ou la prolifération de l’agent pathogène en déclenchant les mécanismes protecteurs du système immunitaire. L’immunité acquise, quant à elle, consiste en la production par les lymphocytes, d’anticorps spécifiques à l’agent pathogène, et requiert une mémoire immunitaire. C'est sur ce mécanisme que se fonde la vaccination, en mettant l'organisme en présence d'antigènes correspondant à un agent pathogène, afin de développer une immunité « artificielle ».

À ce jour, aucun vaccin contre un coronavirus n'a été approuvé, même si un candidat-vaccin contre le SARS-COV1 responsable de l'épidémie de SRAS, avait fait l'objet d'essais cliniques interrompus en 2003 du fait de la fin de l'épidémie. Pour relever le défi de la pandémie de COVID-19, les chercheurs étudient le mode d'action du SARS-COV2, encore mystérieux.  Parallèlement, de la même manière que pour les médicaments, on s’inspire des vaccins existants, qui peuvent se révéler efficaces contre le virus responsable de l'épidémie en cours. Les vaccins contre la rougeole ou contre la variole pourraient servir de vecteurs à un nouveau vaccin contre la COVID-19 . Pour cela, ils sont recombinés à des fragments d'ADN de protéines du SARS-CoV-2, afin d’enclencher la production d’anticorps.

En outre, un éventuel effet protecteur contre la COVID-19 du BCG, vaccin contre la tuberculose a été déduit de constations épidémiologiques. Contenant une bactérie atténuée, il pourrait stimuler l’immunité innée, permettant à l’organisme de mieux se préparer et de réguler sa réponse immunitaire globale.

La mise au point d'un vaccin génétique, en l'espèce un vaccin à ARN, est une autre piste explorée en ce moment. Mais, aucun vaccin de ce type n'a encore été approuvé à ce jour. Ces vaccins génétiques ne provoqueraient pas d'effets secondaires comme les vaccins vivants ou inactivés classiques. Autre point clé : leur développement pourrait être plus rapide, même si les spécialistes semblent s'accorder sur un délai de 12 à 18 mois. Un horizon qui semble lointain, mais au terme duquel, il sera peut-être appréciable de disposer d'un vaccin.

Publié le 17/04/2020

Pour en savoir plus

  • Sur l'utilisation du BCG pour prévenir du COVID-19

https://www.franceculture.fr/emissions/radiographies-du-coronavirus/vaccin-bcg-une-arme-centenaire-contre-la-covid-19

  • sur la course au vaccin

https://fr.euronews.com/2020/04/07/coronavirus-la-course-pour-trouver-un-vaccin-est-lancee

 

La rédaction de Sciences en ligne
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