NANOBIOLOGIE : LA MICROMANIPULATION DES MOLÉCULES

Si l'on regarde une cellule vivante sous le microscope optique, il y a à l'évidence de nombreux phénomènes dynamiques actifs comme : la division et les mouvements cellulaires, le transport d'objets dans la cellule ou encore la formation et disparition de structures intracellulaires comme les organelles. Des macromolécules complexes, qui jouent le rôle de petites machines à l'échelle moléculaire, sont à l'origine de ces phénomènes actifs. Ces molécules agissent en grand nombre dans une cellule vivante, invisible dans le microscope optique du fait de leur petite taille de l'ordre de quelques nanomètres. Les prototypes de ces molécules sont les moteurs moléculaires qui consomment un carburant chimique qu'ils transforment en travail mécanique. Dans les dix dernières années, des techniques de micromanipulation ont permis d'étudier les propriétés mécaniques de ces molécules à l'échelle d'une molécule unique. Des techniques de fluorescence et de pince optique permettent de mesurer des forces de l'ordre de piconewtons et des déplacements de quelques nanomètres. Il existe toute une diversité de moteurs moléculaires : des moteurs linéaires qui se déplacent le long de filaments rigides ; des moteurs rotatifs, qui tournent dans une membrane cellulaire ; des systèmes de moteurs qui génèrent des mouvements oscillatoires, permettant la nage de certains organismes unicellulaires. Enfin, il y a des molécules qui se déplacent le long de la double hélice de l'ADN, le porteur du code génétique. Ces molécules ouvrent l'hélice, dupliquent le code ou créent une copie sur un brin d'ARN. L'étude des propriétés physiques de molécules individuelles par des techniques de micromanipulation est importante pour mieux comprendre leur fonctionnement dans des structures biologiques complexes. Finalement, la fusion de structures artificielles nanotechnologiques avec des molécules individuelles biologiques permet de créer artificiellement des systèmes moléculaires actifs qui représentent un premier pas vers une technologie de moteurs moléculaires.

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LE  TEMPS  DES  NEURONES

Quinze minutes de plongée dans le monde étrange et fascinant de nos cellules nerveuses. Grâce aux techniques de la microcinématographie, les phénomènes les plus complexes qui se déroulent dans le cerveau sont enfin montrés. Nous voyons naître les cellules nerveuses, nous les voyons grandir, travailler, mourir. Ces images mettent en évidence deux acteurs principaux : les cellules gliales, responsables de l'architecture et du nettoyage du cerveau, et les neurones qui ont pour fonction de communiquer en produisant des signaux. Un voyage dans le moi le plus intime.

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Première implantation d'un coeur artificiel par des Français

    

 vendredi 20 décembre 2013     



La société CARMAT et l’Assistance Publique Hôpitaux de Paris annoncent que la première implantation de son cœur artificiel bioprothétique a été effectuée le 18 décembre 2013 par l'équipe de l'Hôpital européen Georges Pompidou (Paris, France). Cette première mondiale pourrait offrir une alternative aux malades souffrant d'insuffisance cardiaque terminale.
 
 
Nous nous réjouissons de cette première implantation, mais il serait bien entendu prématuré d'en tirer des conclusions car il s'agit d'une seule implantation et d'un délai post-chirurgical encore très court" conclut aujourd'hui Marcello Conviti, Directeur Général adjoint de CARMAT. Plusieurs semaines ou plusieurs mois seront nécessaires pour juger du bon fonctionnement de cette prothèse.

Sous réserve de la réussite des essais cliniques à effectuer, cette prothèse pourrait permettre de sauver chaque année la vie de dizaines de milliers de patients tout en leur assurant une absence de risque de rejet et une qualité de vie sans équivalent.

Plus de 20 millions de patients sont concernés par cette maladie en Europe et aux États-Unis à ce jour. Grâce à la poursuite du développement de son cœur artificiel total, CARMAT a pour ambition de pallier le manque notoire de greffons dont sont victimes des dizaines de milliers de personnes souffrant d'insuffisance cardiaque avancée. Le coût de ce cœur artificiel de 900 grammes la rendra-t-il inaccessible ? Bien que très coûteuse (entre 140 000 et 180 000 euros), cette prothèse reste, selon CARMAT, moins chère qu'une transplantation classique dont le prix est d’environ 250 000 euros en France et près d’un million de dollars aux Etats-Unis. Ce prototype est compatible avec 70% des thorax d'hommes et 25% de ceux des femmes, avaient expliqué des spécialistes lors de l'entrée en Bourse de Carmat en 2010.

Cette prouesse technologique et médicale a été saluée par la ministre de la Santé, qui déclare dans un communiqué : "Le professeur Alain Carpentier ouvre une nouvelle voie thérapeutique, qui va être évaluée dans le cadre d’un essai clinique unique au monde auquel participeront l’Hôpital Européen Georges-Pompidou de l’Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, le Centre chirurgical Marie Lannelongue du Plessis-Robinson et l'hôpital Laënnec-Nord du CHU de Nantes".

L'utilisation de coeurs artificiels n'est pas nouvelle. Des tentatives datent de plusieurs décennies (JarviK 7...). Mais, depuis, le terme sert souvent à désigner des pompes ventriculaires d'assistance cardiaque, essentiellement utilisées comme solution transitoire. Un rival de Carmat, AbioCor de la firme Abiomed a été autorisé aux Etats-Unis pour des patients au coeur en bout de course, avec une espérance de vie inférieure à un mois et n'ayant pas d'autres options (greffe ou autres). En 2001, un patient de 59 ans, mourrait aux Etats-Unis des suites d'une importante hémorragie abdominale 152 jours après l'implantation d'un coeur artificiel AbioCor qualifié d'autonome.

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Les Nanodiamants

Mme David était à l’origine physico-chimiste des polymères. Elle s’est ensuite intéressée aux problèmes qui se produisent au niveau des interfaces. Puis elle a continué par les mathématiques, puis la biologie, ce qui l’a conduite vers les laboratoires où elle travaille aujourd’hui. Maintenant chercheuse au département des Sciences et Génie des matériaux de l’IUT d’Evry, elle enseigne aussi aux étudiants.

A l’IUT, on travaille sur plusieurs disciplines : la physique, la chimie, la biologie, et une nouvelle thématique s’est rajoutée récemment : les nanoparticules de diamant fluorescent. La particularité des diamants est leur inertie. Ainsi on peut en fabriquer des particules fluorescentes stables dans le temps. Après des traitements, le diamant devient intrinsèquement fluorescent pour des heures, des jours, des mois ou des années, selon le besoin de son utilisation.

A la différence de cette stabilité de fluorescence, les quantum dots (nanoparticules utilisées pour soigner le cancer) ont la particularité de s’allumer puis de s’éteindre. De plus, ils sont à base de métaux lourds, ce qui est toxique pour le corps.

La difficulté des nano-diamants est d’obtenir des particules suffisamment petites, et fluorescentes.

On obtient à la suite d’explosion de nanobombes, des nanodiamants sous la suie mesurant de 5 à 10 nm, mais ils ne sont pas fluorescents.

Pour palier ce problème, on utilise donc des microdiamants  qui sont rendus intrinsèquement fluorescents, par un traitement, puis ils sont broyés pour les réduire au nanomètre, et sont nettoyés afin d’obtenir le produit fini : les nanodiamants.

La surface du nanodiamant est ensuite modifiée en rajoutant des anticorps ou des antigènes afin d’étudier le mécanisme de déplacement de microtubules (fuseaux mitotiques) dans la cellule.

Ce greffage de fonctionnalité est le même pour étudier les cellules cancéreuses : les anticorps ajoutés vont permettre de s’accrocher aux éléments ciblés, et donc d’étudier l’organe visé. La propriété de l’ajout des anticorps est d’obtenir un site de reconnaissance de la cible.

Un problème subsiste encore car une agglomération des nanoparticules persiste. Au départ les nanodiamants sont obtenus dans l’eau, à pH neutre, mais suivant le pH du corps humain dans lequel ils sont introduits, cela peut entrainer une agglomération des nanodiamants.

Les nanodiamants sont intéressants parce que des nanoparticules de 2 couleurs sont réalisées, et si chacune de ces nanoparticules contient 2 sites de reconnaissance, alors au final 2 types d’informations peuvent être obtenues.

Les nanodiamants servent donc à l’imagerie médicale utilisant leur fluorescence : laquelle est obtenue naturellement par inclusion d’azote dans un endroit vide du nanodiamant, mais en quantité assez faiblePlusieurs cuissons du nanodiamant successivespermettent d’obtenir une fluorescence assez importante.

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