 Docteur William PralongAdjoint Scientifique, EPFL |
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Je vous souhaite le bonjour. J'aimerais remercier la FOVAHM pour cette invitation et dire qu'à l'EPFL nous nous sentons concernés par les applications possibles des nouvelles technologies dans l’amélioration de la qualité de vie des personnes, dont les handicapés, qui pourraient en bénéficier. J'ai accepté au pied levé de remplacer le professeur Catsicas qui est retenu pour une réunion importante et j'ai été mis au défi d'organiser pour vous, très rapidement, une conférence qui me permettra de vous présenter et de vous donner un aperçu des nouvelles technologies présentes à l'EPFL et surtout de leurs enjeux.
En fait, les sciences se trouvent aujourd'hui à un tournant important. L' EPFL se situe au carrefour des sciences de la physique qui concernent l'ingénieur et qui seront rejointes bientôt par les sciences de la vie. C'est une opportunité unique pour toute la Suisse romande donnant à l'EPFL un rôle majeur dans le développement de l'Arc Lémanique de Recherche incluant, aussi bien les universités de Lausanne et de Genève. Cette opportunité est née du désir du Conseil Fédéral de promouvoir ces sciences aujourd'hui en Suisse, face aux enjeux futurs des nouvelles technologies. La Suisse est un petit pays encore isolé au sein de l'Europe. De grands programmes européens sont en marche, desquels nous sommes en partie encore exclus. Cette situation devrait, je l'espère, changer prochainement. Le Conseil Fédéral a eu la volonté de renforcer en Suisse le pôle de compétences sur les sciences de la vie au sein de l'école polytechnique à Lausanne(EPFL). Les sciences de la vie sont au centre des nouvelles technologies qui émergent aujourd'hui, Je vais essayer d'illustrer par des exemples quelles sont ces nouvelles technologies et comment celles-ci devraient nous permettre d'apporter de nouvelles solutions au traitement des maladies du système nerveux.
Les nouvelles technologies représentent l'aboutissement d'une l'évolution de convergences qu'ont suivi les sciences en général. Quant à l'origine des sciences de la vie, on constate qu’elles se réunissaient sous le terme de biologie, c'est à dire l'étude des lois du vivant animal et végétal. Avec l'avance des connaissances, comprenant de mieux en mieux le monde qui nous entoure, ce qui nous constitue, cette science a rejoint les humanités, car grâce à elle l'homme peut mieux comprendre qui il est. Cette connaissance du vivant nous amène à une connaissance non seulement de ce qui nous entoure mais aussi de notre façon de penser. D'ailleurs, je vais vous illustrer plus tard comment ces nouvelles technologies nous ouvrent aujourd'hui l'étude du fonctionnement du cerveau.
L'interface qui existe entre le monde de l'ingénieur et celui du vivant s'est développé lorsque le biologiste et le médecin ont eu recours à l'ingénieur pour élucider par exemple les aspects mécaniques du corps humain (les os, les articulations, la contraction musculaire, etc.) ou chimiques, (toutes les réactions chimiques qui se passent, par exemple lors de notre digestion) présents dans les organismes vivants. Les fruits de cette collaboration se retrouvent aujourd'hui dans toutes les branches fondamentales de la médecine qui sont enseignées aux étudiants: l'anatomie, la biologie, la biochimie et autres branches importantes pour comprendre comment fonctionne notre corps. Grâce aux outils d'investigation fournis par l'ingénieur (méthodes d'analyse, radiologie, électro-cardiogramme, etc.) le médecin peut aujourd'hui mieux comprendre le corps dans son entité ainsi que les pathologies qui s'y développent. Par la compréhension des mécanismes pathologiques de nouvelles solutions thérapeutiques ont été découvertes. Si l'on veux donner un exemple de solution qui a été apporté par une collaboration directe avec les ingénieurs, on citera le cas des prothèses. Lorsqu’on parle de prothèses, il ne faut pas penser uniquement à des prothèses de hanche, mais aussi aux prothèses vasculaires ou auditives. Les ingénieurs ont aussi développé les organes artificiels qui permettent, par exemple, de faire des opérations à cœur ouvert avec des appareils de circulation assistée. Ils ont mis à la disposition du corps médical les techniques de radiologie qui permettent de voir à l'intérieur de notre corps, etc. Ce sont encore les ingénieurs chimistes qui ont participé à la production de nombreux médicaments. Le monde de l'électrique et de l'électronique a apporté l'informatique, l'imagerie médicale représentant un des moyens d'examen les plus puissants. On n'oubliera pas les outils de communication, sans quoi tous les dossiers médicaux, toute l'infrastructure qui permet de prendre en charge l'ensemble des patients et des hôpitaux ne serait pas possible. Alors, si on veut regarder où se trouvent ces nouvelles technologies, on les retrouve issues directement des instruments que les ingénieurs ont donné aux chercheurs fondamentaux des sciences de la vie. Ces nouveaux instruments de recherche, je vous donnerai un exemple plus tard aussi, permettent de faire de nouvelles observations du vivant. Il est intéressant de signaler que ces découvertes du vivant peuvent aussi générer de nouvelles idées chez les ingénieurs qui peuvent tirer, à partir d'observations de la nature les concepts pour développer de nouveaux instruments de recherche. C'est de cette façon circulaire que sont nées les nouvelles technologies.
Cet état de synergie, comme vous pourrez le voir, a amené aujourd'hui une croissance exponentielle de nos connaissances qui amène toutes les sciences, qu'elles soient du vivant ou de l'ingénieur, à converger et à travailler ensemble. Ceci a pour conséquence, effectivement, de générer de nouvelles branches de recherche où l'ingénieur travaille au côté du biologiste ou du médecin.
Prenons pour exemple la bio-informatique. On vient récemment d'annoncer de façon officielle que le génome humain avait été séquencé, c'est-à-dire que l'ensemble de l'information génétique qui se trouvent sur nos chromosomes avait été cartographié et qu'on en connaissait les séquences d'acides nucléiques. Il faut savoir que l'avance des connaissances sur le génome humain a suivi un parallèle strict avec l'évolution de l'informatique. Il y a de grands espoirs qu'à partir de ces cartes on puisse commencer à développer des nouveaux moyens de diagnostic ou de dépistage, afin de mettre en place, non seulement de nouveaux traitements, mais encore une politique de prévention des facteurs de risque qui provoquent certaines maladies comme le cancer.
Les ingénieurs ont aussi réussi à mettre au point toute une série d'approches utilisant les "nanotechnologies", un domaine qui suscite aujourd'hui un intérêt important. Elles nous permettent d'appréhender le microcosme qui se trouve à l'intérieur de nous-même, d'une cellule, voir à l'intérieur de parties de cellules comme nous le verrons plus tard. Il est raisonnable d'attendre des résultats spectaculaires de l'utilisation à la fois de la bio-informatique et des "nanotechnologies". Une telle combinaison ouvre effectivement de nouveaux horizons dans le domaine de la médecine comme c'est le cas pour la génomique fonctionnelle. Cette nouvelle approche va à partir des informations qui se trouvent dans notre génome (c'est à dire touchant au fonctionnement des gènes impliqués dans un processus normal ou pathologique), nous indiquer comment intervenir et à quel niveau afin de corriger, par exemple, une dysfonction d'un organe. C'est par une telle démarche que nous déboucherons vers de nouvelles thérapeutiques et de nouvelles solutions.
Dans le parcours vers la découverte de ces nouvelles technologies, il est très important de rappeler que l'on part toujours de la recherche de base. Ainsi cette illustration faite par des physiciens des matériaux de ce qu'est une articulation chez l'homme. On voit qu'on y retrouve toute une série de lignes de force, comme on dessine une construction en béton armé. Ces lignes de force ont permis de mieux comprendre la structure de l'os et de fabriquer des prothèses qui les prenaient en compte afin de réussir une interface parfaite avec celui-ci.
Comme autre exemple de synergie entre la médecine et l'ingénierie, il existe à l'EPFL un institut de robotique qui a pu développer une aide informatique aux interventions chirurgicales. Les chirurgiens ont effectivement demandé aux ingénieurs de leur offrir des moyens de repérage afin qu'ils puissent être plus précis dans leurs interventions par endoscopie. Les ingénieurs informaticiens et de robotiques ont ainsi développé un programme qui permet à l'opérateur de repérer (même des spécialistes comme les chirurgiens ont besoin d'aide, parce que ils doivent intervenir dans un endroit très précis quand ils font une opération) avec haute précision où se trouve l'extrémité de l'endoscope avec lequel ils opèrent à l'intérieur du corps. Une intervention par endoscopie (quand on intervient avec une fibre optique) permet effectivement d'intervenir sans faire une grande incision. Le chirurgien dispose d'une fibre optique qui lui permet de voir le site d'intervention sur un écran de télévision et par un autre orifice il intervient avec ses instruments. Par exemple en chirurgie digestive, il n’est plus nécessaire de faire une grande incision qui faisait que le patient était obligé de rester 3 semaines à l'hôpital afin de récupérer entre autre de l'incision elle-même. Par contre, il est plus difficile pour le chirurgien de se repérer, parce qu'il ne voit pas vraiment l'espace en trois dimensions, car il regarde un écran de télévision. Actuellement, grâce à la chirurgie assistée par informatique, les chirurgiens peuvent faire un déplacement de par exemple 5 cm et réussir à arrêter le mouvement avec une précision de l’ordre du dixième de millimètre. Il y a donc eu par cette technologie des progrès qui sont extrêmement importants. Ceci amène une meilleure qualité d'intervention en particulier quand ces technologies s'utilisent dans les interventions sur le système nerveux, où l'on imagine combien cette précision est cruciale.
On trouve aussi d'autres applications, par exemple dans le département des matériaux au laboratoire des poudres : on réussit actuellement à faire des ciments (qui sont en fait des poudres qui ressemblent beaucoup à de petites billes (lorsqu’elles sont agrandies plusieurs milliers de fois). Celles-ci constituent un matériel très compatible avec l'os. Si vous avez par exemple une perte osseuse, parce que l'os a été pulvérisé par un choc, vous pouvez, en remplissant les vides de fracture avec ce ciment, obtenir très rapidement une réparation car les cellules de l'os vont rentrer dans ces poudres et faire très rapidement leur travail de reconstruction de l'os. Ce type d’application peut avoir des conséquences importants sur le temps de guérison d'une fracture qui, si elle devait se résoudre auparavant en une année, peut aujourd'hui se résoudre en 3 mois.
L'EPFL dispose d'un département qui étudie les vaisseaux sanguins. Vous savez qu'avec l'avance des biomatériaux, il a été possible de développer des prothèses vasculaires, par exemple pour remplacer les artères qui se bouchent. L'ingénieur a apporté, grâce à l'étude de la bio-mécanique des vaisseaux, un savoir-faire qui a permis d'optimiser la fabrication de prothèses pour qu'elles aient la souplesse suffisante ou la résistance nécessaire sans quoi ces prothèses se boucheraient très rapidement. On arrive aujourd'hui, par exemple, à faire des prothèses vasculaires qui peuvent durer plusieurs années et ainsi permettre de conserver une circulation sanguine normale par exemple pour remplacer un segment de carotide chez quelqu'un qui souffre d'artériosclérose.
Grâce aux nouvelles technologies qui sont à l'œuvre à l'EPFL, on veut aller dans le plus petit. Le plus petit signifie commencer à aborder l'ingénierie des cellules, des protéines et des tissus. Vous savez qu'on peut fabriquer des tissus artificiels, par exemple de la peau artificielle. Ceci est possible aujourd'hui car nous comprenons mieux comment fonctionnent les cellules et comment fonctionnent les protéines. Un autre aspect d'étude sera la génomique fonctionnelle, c'est-à-dire la compréhension de l’expression de nos gènes dans certaines cellules. Il faut savoir que notre corps provient d'une seule cellule au départ qui est l'ovule, qui est fécondé par le spermatozoïde et que toutes les cellules de notre corps vont advenir de sa division. Il va en émerger un organisme très complexe où chaque cellule, par exemple celle du muscle, n’aura pas les mêmes protéines que dans un neurone, mais cela, vous le saviez.
On arrive donc a un concept nouveau qui est celui de l'ingénierie biomédicale (j'ai laissé cette définition en anglais) qui dit que dans l'ingénierie médicale, on vise effectivement à faire avancer les connaissances sur la biologie, mais surtout d'en tirer des applications pour la médecine par une convergence des efforts des différentes disciplines pour aboutir (c'est écrit en rouge à la fin) à une pratique clinique.
Voici un premier exemple : si l'on regarde cette image prise en microscopie, vous voyez une cellule et vous voyez à l'intérieur de cette cellule une multitude de petites fibres. Ces fibres ont la capacité de se contracter. Vous voyez que si vous donnez un stimulus à cette cellule, elle va faire comme une huître, se contracter. Une fois qu'elle est contractée, comme vous le voyez sur votre droite, elle va pouvoir s'empiler avec d'autres cellules et par exemple, si c'est un chondrocyte (cellule du cartilage), elle pourra commencer à former du cartilage. On sait aujourd'hui comment forcer une cellule à se contracter ou par exemple à lui faire fabriquer du cartilage artificiel dans une boîte de Pétri. Je vais vous illustrer comment on peut fabriquer de la peau. Vous savez que les lésions de peau constituent un problème très grave de santé publique comme dans les cas des grands brûlés. On a trouvé un système tout simple qui permet à partir de quelques cheveux prélevés chez un patient d'obtenir de la peau artificielle. Il faut savoir que sur la racine de ces cheveux, on trouve des petites cellules qui, si vous les mettez en culture, peuvent proliférer. Après quelques jours ces cellules forment de petits patches que vous voyez en blanc au bout de cette pince. Il s’agit de peau artificielle parfaitement normale. A quoi peuvent servir ces patches? On peut traiter avec ces derniers des plaies chroniques comme vous le voyez ici sur un pied. Après avoir mis ces petits patches ronds et blancs sur la plaie (photo de gauche), trois mois plus tard la plaie s'est refermée et est pratiquement invisible. Voici donc un résultat obtenu par bio-ingénierie, qui vise à fabriquer des tissus in vitro afin de remplacer là où une lésion a détruit le tissu original afin d'en obtenir la guérison. J’aimerais vous dire que dans le cas de maladies du système nerveux, de telles recherches ont déjà commencé. Elles visent de façon similaire à remplacer des neurones qui ont disparus (par dégénérescence) afin de corriger la maladie.
Vous avez ici un autre exemple d'ingénierie bio-médicale en cours d'essai qui pourrait un jour s'appliquer cette fois-ci au traitement du diabète. Dans ce schéma on voit une capsule qui a été découpée comme une pomme, en quartiers. Vous voyez à l'intérieur des cellules. Ces cellules sont des cellules qui sécrètent de l'insuline. L’insuline est l'hormone qui manque aux diabétiques qui n'ont plus les cellules la produisant. En mettant ces cellules à l'intérieur d'une capsule fabriquée à partir de sucres qu'on tire des algues (ce sont des alginates), on tente d'isoler ces cellules du système immunitaire du patient (Le diabète juvénile ou de type I est une maladie auto-immunitaire qui détruit spécifiquement ces cellules). L'implantation de telles cellules dans ces capsules permet déjà de corriger le diabète chez des animaux de laboratoire.
Afin d'illustrer le transfert de connaissance entre l'ingénierie et les sciences de la vie, voici encore un exemple où des ingénieurs ont développé un appareil de détection de substances toxiques basé sur le fonctionnement de l'odorat. Notre odorat est un système sensoriel très compliqué. Les détecteurs sensoriels dont nous disposons pour l'olfaction représentent une complexité neurale extrêmement grande que des chercheurs ont pu élucider. Des ingénieurs se sont inspirés de ces observations pour développer un odorat artificiel. Vous voyez ici une série de photos séquencées dans le temps montrant comment il fonctionne. Dans des fibres optiques un réactif a été placé qui se colore, lorsque mis en présence de benzène. La première image en noir a été prise en absence de benzène. Si du benzène est relâché dans la proximité du détecteur, vous voyez qu'il y a une coloration progressive qui se développe. C'est ainsi que l'on arrive à détecter une molécule (benzène) en très faible quantité, en se basant sur un système que l'on trouve dans l'odorat. Ce qui nous permet dans l'odorat de différencier une odeur d’une autre, dépend de l’excitation de plusieurs cellules neuronales. La combinaison de certaines cellules qui vont répondre à un stimulus donné, va vous donner l'information : « tiens ! ça sent la confiture ; tiens ! ça sent le café, ça sent la cigarette, etc. ». On voit qu'une seule molécule est effectivement capable d'être discriminée par plusieurs senseurs. C'est ce qui donne la myriade de couleurs qu'on voit au centre de la diapositive. Si on enlève le stimulus, vous voyez que les colorations disparaissent. En quelques secondes, on arrive à détecter avec une spécificité très grande, une molécule particulière. La nature inspire donc également les ingénieurs. Ainsi en comprenant un phénomène biologique qui se trouve dans la nature, l'ingénieur peut développer des applications qui vont pouvoir avertir des gens qui travailleraient dans un environnement où de telles molécules seraient libérées accidentellement.
Afin d'avancer vers une meilleure compréhension du système nerveux et de découvrir de nouveaux moyens permettant d'aider des patients atteints de maladies neuro-dégénératives, l'EPFL compte, sur le développement des nanosciences. Celles-ci vont permettre d'aborder l'étude de mécanismes actifs à l'intérieur des cellules: les moteurs moléculaires. Par exemple, quand vous observez un muscle qui se contracte, toute une série de mécanismes se mettent en marche. On a par exemple découvert dans les muscles, les protéines responsables de la contraction musculaire. C'est un exemple de moteur moléculaire.
L'application des nouvelles technologies à la recherche biologique devrait nous permettre, nous le croyons, d’étudier la base biologique de certaines maladies du système nerveux. Il est vrai qu'on compte beaucoup sur l'étude de la génétique de ces maladies, car, comme je vous l'ai déjà dit, certains gènes ne s'exprimant que spécifiquement dans le système nerveux, ceux-ci pourraient être impliqués dans ces maladies. On peut s'attendre, s'il y a des anomalies, que celles-ci proviennent d'un défaut ou d'un dysfonctionnement de certains de ces gènes. Pour ce faire, comment peut-on précéder ? On doit établir des cartes de ces gènes (il s’agit potentiellement de milliers de gènes pour le fonctionnement du système nerveux). Vous savez qu'un gène, c'est ce qui contient l'information sous forme codée de chaque protéine que l'on a dans nos cellules. De telles cartes peuvent aussi être établies à partir des protéines exprimées. Il existe des technologies aujourd'hui qui permettent, en complément à la biologie moléculaire, qui est capable de découper des gènes dans des séquences qu'on est capable de répertorier et de comprendre, de faire la même chose pour les protéines. C'est ainsi possible de voir si pour un élément de la carte des gènes, il existe dans l'autre carte une protéine qui lui correspond bien. Ainsi, si l'on prend l'une ou l'autre carte établie chez un individu qui est en bonne santé et qu'on la compare à celles de quelqu'un qui souffre d'une maladie, on va pouvoir rechercher s'il y a une différence détectable. L'identification du gène défectueux donnera alors une piste sur l'origine de la maladie. On recherchera si pour corriger cette maladie, il faut apporter la protéine manquante. C'est à partir de là qu'on pourra tenter un nouveau traitement.
Le cerveau est constitué de milliards de cellules qui fonctionnent en même temps et de façon très organisée. Le chercheur en neurosciences se trouve face à un défi d'une complexité impressionnante. Afin d'aborder ces recherches il est nécessaire de trouver une possibilité d'interfacer les nouvelles technologies de l'information aux neurosciences.
L'EPFL nous permet cela, car elle dispose déjà de compétences humaines et d'instruments modernes très évolués permettant l'étude fine des bio-structures afin d'étudier, par exemple, les mécanismes de transmission de signaux d'une cellule à l'autre (comment les cellules se parlent) et de découvrir leurs moteurs moléculaires.
Voici un exemple de ce que l'on faisait il y a 20 ans et de ce que l'on fait aujourd'hui avec un microscope optique moderne. Vous voyez par exemple à gauche il y a 10, 15 ans ,on identifiait des cellules grâce à des colorations : si ces cellules étaient colorées en rouge, c’est qu’elles sont malades et qu’elles dégénèrent. On était donc capable de voir qu'il y en avait beaucoup ou peu, mais on ne pouvait pas dire grand chose de plus. Vous voyez aujourd'hui qu'avec les nouvelles techniques optiques qui ont été mises au point, on est capable, non seulement de rentrer à l'intérieur d'une cellule, mais aussi de voir d'une façon individuelle les chromosomes que vous voyez en bleu. Cette cellule est en train de se diviser et vous voyez qu'il y a tout un appareil qui est mis en place pour permettre de séparer ces chromosomes lors de la division cellulaire de telle façon que deux cellules nouvelles soient créées avec le même nombre de chromosomes. On y voit cependant une petite information de plus. Ce sont ces petits points blancs que vous voyez là. Ces petits points blancs sont ce qu'on appelle des télomères. Ces télomères sont à la base de ce qu'on appelle aujourd'hui l'immortalisation des cellules. Il faut savoir que ce petit point blanc est une sorte de compteur. Vous savez que dans les tissus qui se régénèrent, certaines cellules se divisent pour remplacer les cellules qui ont disparu. Le petit point blanc qui est plus grand chez une cellule jeune, voit sa longueur diminuer toutes les fois que la cellule se divise. Lorsqu’il a disparu, la cellule meurt. Aujourd'hui, on a trouvé un moyen de faire s'allonger les télomères. Que se passe-t-il alors ? Une cellule qui normalement mourrait après 30 divisions ne meurt plus et elle n'est pas tumorale. Vous voyez que philosophiquement, quand on se trouve face à ce genre de situation, on se dit : « nom d'une pipe ! J'aimerais bien en avoir dans toutes les cellules, parce que je ne vais plus vieillir ». Il s’agit d'un raccourci un peu brutal, mais il n'empêche qu'une telle observation y fait penser tout de même.
Vous constatez ce que peuvent nous apporter les nouvelles technologies . Elles fournissent tout à coup des solutions que l'on n'avait même pas imaginées. Ce genre de découvertes débouche aujourd'hui sur la possibilité de générer des lignées de cellules immortalisées, des clones, qui vont pouvoir être caractérisées puis utilisées pour créer soit des tissus artificiels in vitro, comme l'exemple de la peau que je vous ai donné tout à l’heure, ou alors pour générer des neurones qu'on pourra mettre là où ils ont précédemment disparu. Quand on parle de clone (je ne parle pas ici de clonage d'un organisme entier, je parle de clonage de cellules), il s'agit de lignées cellulaires provenant d'une seule cellule. Ceci est nécessaire afin de disposer de cellules dont on est sûr de la qualité et de la provenance. Ceci est important afin qu'on arrive finalement à utiliser le vivant tel un produit thérapeutique et d'en faire bénéficier le plus grand nombre de patients. Tant que cela concerne des cellules, je crois que cela ne dérange pas autant que s'il s'agissait d'organismes entiers. Cela effraye passablement et pose bien sûr des problème d' éthique.
Pour ce qui concerne la génétique fonctionnelle (je vous donne ici un exemple qui illustre la complexité de ce qui se passe), j'ai choisi a un schéma qui représente l'interaction d'un facteur trophique (un facteur qui garde les cellules neuronales en vie, en vert en haut sur l'image) avec un récepteur cellulaire. Lors de l'interaction avec ce récepteur, il y a toute une cascade d'événements qui se produit (symbolisée par les différents ovales bleus et les cercles rouges plus bas). Il faut savoir que l’anomalie d'un gène dans cette cascade (par exemple le gène codant pour le petit point rouge qu'on trouve au centre) est suffisante pour interrompre une fonction normale de cette cascade. Vous pouvez donc comprendre qu'il est crucial de pouvoir détecter s’il y a une anomalie qui se produit et à quel niveau elle se situe. Alors comment peut-on agir ? Je vous donne l’exemple d'une carte qui est faite par des technologies de séparation des protéines. Si l'on compare les individus : E2, E3, E4 et E0, on sait que E2 par exemple a une anomalie. Quelle est donc la différence ? Je vais juste vous l’indiquer. Vous voyez en haut tout à gauche, qu'il y a un spot supplémentaire. Ce spot supplémentaire, en fait, nous indique qu’il y a quelque chose qui se passe. Il y a une protéine anormale qui n'est pas chez les autres. Que va faire le chercheur à ce moment-là ? Il va extraire cette protéine de sa préparation et il va, pour commencer, la couper en petits morceaux. Vous savez que les protéines sont fabriquées à partir d'acides aminés et on va s'apercevoir que dans cette protéine, il y avait deux acides aminés qui n'étaient pas normaux, qui empêchaient cette protéine (qui doit normalement se trouver plus bas) d'être coupée correctement. Et une partie n'était pas coupée correctement, ce qui a entraîné une maladie. On est capable, à partir de ce genre de carte (qui est très compliquée : vous voyez toutes les protéines qu'il y a dans un tissu) de détecter quelque chose de suspect qui va nous orienter pour chercher ce qui se passe.
Pour ce qui concerne l'étude de structures biologiques fonctionnelles (par exemple un réseau nerveux), les nouvelles technologies ont fournis des micro-chips qui nous permettent de voir ce qui s'y passe. Vous voyez l'évolution et l'agrandissement de toute une série d'images. Vous avez là un agrandissement maximal : il faut savoir que cette structure ne mesure qu'environ 30 microns, c'est-à-dire 30 millièmes de millimètre. On va pouvoir faire pousser des cellules dessus et, chaque cellule va venir toucher une de ces petites pointes qui est une microélectrode. On sera capable, à ce moment-là, d'enregistrer simultanément sur ce micro-chip 100 cellules qui communiquent les unes avec les autres. Grâce aux nanotechnologies, vous voyez qu'il a été possible de déposer autour de ce genre de micro-Cervin, une matrice qui est un isolant. Cette matrice permet à la fois d'isoler le Cervin, si vous voulez comme un brouillard d'automne, pour obliger les cellules à s’y accrocher. On pourra ainsi enregistrer spécifiquement chaque cellule par rapport aux autres. Ce n'est que grâce à l'informatique qu'une telle analyse est possible. En sachant comment ces cellules se parlent les unes aux autres, on va pouvoir en déduire des informations sur la fonction d'un réseau neuronal.
Je vais vous donner à présent un autre exemple qui montre comment les nouvelles technologies peuvent aboutir à une thérapie pour le système nerveux. Je vais prendre pour exemple une maladie qui est très débilitante et qui s'appelle la maladie de Parkinson qui est une maladie neurodégénérative. Afin d'étudier ces pathologies chez l'homme, il fallait que les physiciens et les ingénieurs dotent les chercheurs de méthodes qui permettent de voir comment fonctionne le cerveau in vivo. Pour vous introduire à cette technologie, je vous présente actuellement une image qui a été générée et enregistrée par un détecteur (sorte de caméra) qui est capable de suivre l'émission de positrons, qui sont des particules radioactives mais de faible énergie. Si vous fixez par exemple ces positrons sur du glucose (le glucose qui est un sucre, est capté par les cellules du cerveau comme source énergétique) et que si vous l'injectez ensuite dans le sang ( sachant que toutes les cellules qui travaillent vont capter et utiliser plus de glucose que celles qui travaillent peu), on peut aujourd’hui suivre en direct grâce à ce traceur quelles sont les cellules en activité. Vous allez donc pouvoir visualiser chez un sujet à qui vous avez injecté une petite quantité de cette substance, comment travaille son cerveau alors qu'il est parfaitement éveillé. Vous voyez sur l'image de gauche qu’on a demandé à une personne de se détendre et d'essayer de se concentrer uniquement sur ce qu'elle voit devant elle. Vous voyez qu'il y a très peu d'activité ce qui est indiqué par des couleurs allant du vert, jaune et à l'orange. Tout à coup, quelqu'un entre et dit dans son dos : « bonjour, comment ça va ? ». Vous voyez que le cerveau réagit tout de suite et plus de cellules travaillent. Cette technique est déjà utilisée aujourd'hui de façon expérimentale pour le suivi de patients déprimés, ou pour des patients qui ont des troubles fonctionnels suite à des accidents.
Dans la maladie de Parkinson, pour revenir à l'exemple que j'aimerais maintenant vous illustrer, on a effectivement (comme vous le voyez sur ces coupes pathologiques) la disparition d'une population de cellules constituant la substance noire (locus niger). Dans le cas d'un sujet sain ces cellules apparaissent en noir indiquant leur présence. Ces cellules ont pour rôle de contrôler la motricité fine de nos mouvements. C'est un relais d'interaction avec notre cerveau pour que dans un mouvement très fin, tout se déroule bien. Que se passe-t-il si ces cellules disparaissent ? Le patient développe alors une spasticité motrice et souffre de tremblements. Si on regarde une même coupe pathologique d'une personne qui est atteinte de cette maladie, on voit tout de suite, de façon macroscopique, que ces cellules ont disparu. Si l'on regarde l’image cette fois au microscope, on voit dans le cas normal, que toutes ces cellules (en noir) sont bien présentes. Chez le patient, elles n’y sont plus. Que peut-on faire de cette observation? Sachant que chez ces patients ces cellules semblent plus fragiles, il serait peut-être bénéfique de leur donner, avant qu'elles ne disparaissent, des facteurs qui vont la protéger. Et comment peut-on donner des facteurs qui vont la protéger ? Il y a plusieurs possibilités : la thérapie génique offre certaines solutions (il y a effectivement un chemin à suivre parce que ces techniques sont nouvelles) : on peut prendre le gène codant pour le facteur trophique que vous voyez symbolisé par ces cercles, et le faire exprimer par des cellules que l'on maintient vivantes en culture. On fait transporter ce gène ensuite par un virus (il s’agit justement d'une nouvelle application des virus qui permet d’introduire un gène dans une cellule) qui le transfert dans d'autres cellules. Il faut savoir que grâce aux recherches menées sur le sida, on a réussi à apprivoiser aujourd'hui ces virus. On a enlevé tout ce qu'ils avaient de pathologique et on peut maintenant les utiliser pour transférer des gènes dans les cellules et ce, avec une efficacité qui est remarquable (on arrive à contrôler maintenant la sécurité de ces processus). Afin de tester si cette thérapie génétique fonctionne (c'est la façon la plus sûre), on pratique cette opération de transfert de gène d’abord sur des cellules en culture dans une boîte de Pétri. Ces cellules ainsi modifiées vont fabriquer et libérer le facteur dont les cellules nerveuses de la substance noire ont besoin pour survivre. Afin de pouvoir contrôler le devenir de ces cellules génétiquement modifiées, on a choisi dans un premier temps de les encapsuler dans un petit tube creux permettant à ces cellules de survivre. Que fait-on ensuite ? On met les cellules encapsulées libérant le facteur tout proche des cellules nerveuses malades. L'avantage de cette approche et qu’elle permet de tester le principe thérapeutique sur les cellules nerveuses et de pouvoir retirer les cellules modifiées génétiquement lorsque le traitement est terminé. Il est important de comprendre que ces cellules restent parfaitement isolées à l'intérieur de la capsule (elles ne peuvent donc pas sortir). Il n'y aura pas de transmission de gènes au patient lui-même.
Ce qui est visé pour le futur, c'est de disposer de virus très sûrs qui ont à leur surface des adresses, que vous voyez représentées par ces petites boules bleues à la surface du virus. Ces adresses vont reconnaître spécifiquement les cellules malades et ne transmettre l'information génétique qu'à ces cellules. A ce moment, le virus porteur du gène codant pour le facteur thérapeutique pourra être directement injecté pour retrouver et traiter les cellules qui en ont besoin.
Voici un exemple de thérapie génique expérimentale qui a été réalisée à Chicago en collaboration avec l'équipe du professeur Aebischer du CHUV qui illustre le principe de cette dernière approche pour traiter la maladie de Parkinson. Vous voyez ici une image semblable à celle je vous avais montrée tout à l'heure, mais cette fois ci réalisée chez un singe. Vous voyez en dessous de la flèche jaune, l'image de détection de la substance noire qui se trouve dans l'hémisphère droit et en dessous de la petite étoile celle de l'hémisphère gauche. Ce singe est atteint de la maladie de Parkinson et on a injecté dans la proximité de la pièce jaune un virus qui va transférer le gène du facteur protecteur aux cellules malades pour tenter de les protéger. On va ensuite suivre l'évolution de ce singe et observer ce qui se passe. Quelques mois plus tard, on s'aperçoit que la substance noire qui a reçu le gêne qui libère le facteur de protection est toujours présente. A l'opposé, la substance noire dans l'autre hémisphère, qui n'avait pas reçu de traitement, a complètement disparu. Ce travail tout à fait récent sera publié prochainement dans le journal "Sciences". C'est une réelle révolution thérapeutique, parce que c'est la première fois que l'on a pu montrer qu'en donnant un facteur spécifique amené par un vecteur viral, on arrive à prévenir complètement cette maladie qui est très débilitante.
Il serait cependant trop optimiste de dire que ce genre de technologie va pouvoir s'utiliser très rapidement chez l'homme. Le développement de celles-ci implique d'aborder, toutes la problématique liée à la sécurité d'utilisation des virus. Ces approches soulèvent aussi de nombreuses questions d'éthique (transfert de gène) qui devront être abordées de façon sérieuse en informant la société de ce qu'elles permettent mais aussi de ce qu'elles impliquent.
Je tiens à rappeler enfin que les personnes qui font progresser la recherche médicale, ne sont pas seulement les chercheurs, mais ce sont bien sûr aussi les malades. Ils méritent tout notre respect pour les connaissances qui ont été gagnées à travers eux dans les hôpitaux sur les mécanismes des maladies. De cette interaction entre chercheurs hospitaliers et leurs patients sont nées des banques de données de valeur inestimable sur les maladies. La diffusion de ces informations est fondamentale aujourd'hui pour permettre d'entreprendre le plus rapidement et efficacement les recherches capables d'amener de nouvelles perspectives thérapeutiques. Les centres universitaires jouent un rôle très importants dans cette chaîne parce qu'ils assurent de par leur liberté académique, en plus de leur recherche, un contrôle éthique sur la recherche en générale (pas seulement dans le monde académique, mais aussi dans les développements fait par l'industrie). La tâche de l'industrie dans le développement des nouveaux moyens thérapeutiques reste clef. Seul l'effort industriel en interaction avec les centres académiques permettra que ces médicaments apportés par les nouvelles technologies aboutissent dans les meilleurs délais en clinique dans les hôpitaux pour soigner les patients.
Il faut savoir que le projet génome humain fait partie intégrante des nouvelles technologies. Il nous offre de nouvelles perspectives pour pouvoir traiter et guérir certaines maladies incurables jusqu'à ce jour. On doit être tous conscients, que de tels projets peuvent amener l'homme à s'interroger sur lui-même et que les problèmes éthiques liés à cette recherche devront être très clairement évoqués avec le public.
Si l'on reprend pour conclure la première diapositive et que l'on se pose la question de l'avenir des sciences de la vie, j'espère vous avoir démontré que celles-ci annoncent des jours prometteurs. Cependant elles ne pourront réussir que si elles se développent en harmonie avec l'environnement et que les découvertes qui en découlent ne s'utilisent que pour le bien de l'humanité.
Je vous remercie.
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