RTFlash

RTFLASH Recherche & Technologie
NUMERO 1185
Lettre gratuite hebdomadaire d’informations scientifiques et technologiques
Créée par René Trégouët rapporteur de la Recherche et Président/fondateur du Groupe de Prospective du Sénat
Edition du 23 Décembre 2022
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Egalement dans ce numéro
Avenir
Amazon dévoile son nouveau bras robotique polyvalent
Les robots-serveurs font leur entrée dans les restaurants
Une nouvelle nanoparticule pour agir au cœur des cellules
Matière
Les cellules solaires à pigment passent le seuil des 15 % de rendement…
Des chercheurs du MIT améliorent la densité énergétique des batteries non rechargeables
Des chercheurs développent un matériau qui imite la façon dont le cerveau stocke les informations
La fusion contrôlée par laser franchit une étape historique…
Vivant
Le vaccin contre le virus de l’hépatite B est toujours efficace 35 ans plus tard !
Diabète de type 1 : les télomères influencent le risque cardiovasculaire
Repérer chaque cellule individuellement, sans recourir à la fluorescence…
Observer, en trois dimensions et en direct, les vaisseaux sanguins à l’échelle microscopique
Cardiawave, soigner son cœur avec des ultrasons
Premiers résultats prometteurs pour le vaccin à ARN contre le mélanome
La cigarette électronique augmenterait la dépendance à la nicotine chez les adolescents
Recherche
Le premier Airbus zéro émission pourrait être un court moyen-courrier à hélice
Edito
Les vaccins à ARN n’ont pas fini de révolutionner la médecine et la santé….



Il y a plus de 61 ans, en mai 1961, deux immenses scientifiques, François Gros (1925-2022) et François Jacob (1920-2013), Nobel de Médecine en 1965, découvraient de manière indépendante mais au même moment, l’ARN messager, en utilisant des outils de marquages très courts de bactéries en croissance avec du phosphate marqué au phosphore radioactif. Ils étaient loin d’imaginer qu'un demi-siècle plus tard, les premiers vaccins à ARN allaient être à l’origine d’une nouvelle et incroyable révolution scientifique et médicale, dont la lutte contre la pandémie mondiale de Covid-19 ne constitue que le premier épisode.

Elaborés en un temps record, les vaccins ARN contre le Covid-19 ont incontestablement permis de limiter considérablement l’impact médical et sanitaire de cette pandémie sans précédent depuis la fameuse « grippe espagnole » de 1918-1919, qui avait tué au moins 50 millions de personnes. Une étude d’une ampleur inédite, publiée en juin dernier, a permis d’évaluer à 20 millions le nombre de vies sauvées dans le monde grâce à ces vaccins ARN très efficaces, ce qui veut dire que ces vaccins ont permis de réduire d’au moins 60 % le nombre total des décès constatés depuis 2021… (Voir The Lancet).

En 2021, Moderna a vendu 807 millions de vaccins anti-Covid. La même année, Pfizer a de son côté écoulé 3 milliards de doses de vaccins, avec des prévisions à 4 milliards pour l’année 2022. L’Europe dispose depuis septembre dernier de trois nouveaux vaccins bivalents à ARN, un qui cible la souche originale et le variant Omicron BA.1, puis le vaccin de Pfizer BioNTech qui, lui, cible la souche originale et les variants Omicron BA.4 et BA.5. En France, le sous-lignage du BA.5 le plus répandu est le BQ.1.1. Ce dernier représente maintenant la moitié des cas de diagnostic positifs, selon les dernières données de Santé Publique France. Heureusement, le variant BQ.1.1 ne semble pas plus virulent que les autres variants d’Omicron, et n’entraîne pas une augmentation de la sévérité de la maladie. Néanmoins, ces nouveaux vaccins semblent moins efficaces contre le sous-variant BQ.1.1, en pleine expansion, ce qui explique l’apparition et le développement de la « 9ème vague » de la pandémie. Il faut toutefois rappeler que ces nouveau vaccins bivalents protègent bien contre les formes les plus graves du Covid-19 et notamment les fameux « Covid longs », qui toucheraient un malade sur six et s’accompagnent de nombreuses séquelles neurologiques, cardiovasculaires ou digestives…

Il y a quelques jours, emboîtant le pas à Moderna, les géants Pfizer et BioNtech ont annoncé le lancement conjoint d’essais cliniques concernant un nouveau vaccin ARN ciblant à la fois la grippe et le Covid (Voir Pfizer). Comme le souligne Annaliesa Anderson, directrice scientifique chez Pfizer, « Nous croyons que ce futur vaccin combiné à ARN, contre les virus de la grippe et du Covid, pourra améliorer et simplifier de manière significative les pratiques de vaccination contre ces deux agents pathogènes respiratoires, conduisant potentiellement à une meilleure couverture vaccinale pour les deux maladies ».

Drew Weissman, de l’Université de Pennsylvanie, un des pionniers dans la technologie des vaccins à ’ARN messager, travaille pour sa part à l’élaboration d’un vaccin universel, qui pourrait protéger contre toutes les souches virales de coronavirus. Son équipe essaye de trouver des séquences d’épitope très stables, qui ne peuvent pas muter facilement, sous peine de détruire le virus du Covid-19. « C’est une tâche difficile, mais nous avons bon espoir de disposer d’un vaccin universel dans deux ou trois ans, ce qui permettra alors d’avoir toujours une longueur d’avance sur le virus », précise Drew Weissman (Voir France 24).

Il y a quelques semaines, les premières doses d’un vaccin contre le virus du sida utilisant la technologie de l’ARN messager ont été administrées chez des patients, ont annoncé l’entreprise américaine de biotechnologie Moderna et l’organisation International Aids Vaccine Initiative. Il s’agit d’une avancée majeure contre ce virus qui possède une capacité inédite à muter et continue, malgré les progrès dans les traitements, de tuer plus de 600 000 personnes dans le monde. Cet essai de phase 1 va concerner 56 adultes en bonne santé et séronégatifs. Il s’agit de vérifier si ce vaccin ARN parvient bien à stimuler la production d’anticorps (bnAb), capables de détruire les nombreux variants en circulation du VIH. Il y a quelques mois, l’essai d’un vaccin expérimental similaire, mais n’ayant pas utilisé l’ARN messager, avait permis de montrer une bonne réponse immunitaire contre le VIH, chez plusieurs dizaines de participants.

D’ici quelques années, nous devrions également disposer d’un vaccin antigrippal universel, efficace contre toutes les variantes humaines connues (Voir Science). Des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie ont en effet injecté aux rongeurs un vaccin expérimental visant 20 souches différentes de grippe et les souris ont effectivement développé des anticorps luttant contre toutes les souches, à un niveau d’efficacité qui est resté stable pendant plusieurs mois. Jusqu’à présent, les vaccins antigrippaux traditionnels sont fabriqués à partir de virus inactivés, ou atténué, qui vont déclencher une réponse immunitaire contre le virus. Cette approche bien rodée reste cependant assez longue à mettre en œuvre. Elle suppose en effet de faire incuber les virus grippaux dans des œufs de poule, avant de les extraire et de les neutraliser. A contrario, l’utilisation de l’ARN messager est bien plus simple et moins onéreuse. Il suffit d’utiliser un brin d’ARN (des molécules de ribonucléotides qui recopient et transcrivent les informations contenues dans l’ADN) qui contient le code génétique d’un fragment du virus cible. Cet ARN de synthèse est alors injecté sous forme de vaccin et va délivrer à nos cellules le « mode d’emploi » qui va leur permettre de reproduire cette portion de virus et de déclencher la réponse immunitaire spécifique contre cet agent pathogène.

Si cet outil ARN a révolutionné la production des vaccins, c’est parce qu’il suffit de connaître le génome d’un virus pour produire un vaccin efficace. Et quand de nouveaux variants de ce virus apparaissent, les chercheurs analysent les mutations génétiques correspondantes pour adapter l’ARN, ce qui permet de produire très rapidement un nouveau vaccin modifié, intégrant ces nouvelles souches. S’agissant du virus de la grippe, les scientifiques de l’Université de Pennsylvanie ont réussi à cibler 20 souches de grippe simultanément…Ces chercheurs soulignent néanmoins que ce futur vaccin antigrippal universel ne pourra pas nous protéger contre toutes les nouvelles variantes du virus qui apparaîtront dans le futur. Mais ce vaccin aura le grand mérite de délivrer une immunité de base à toutes les personnes âgées ou fragiles.

Les vaccins à ARNm trouvent également une nouvelle application prometteuse dans la lutte difficile contre le paludisme, une maladie provoquée par le Plasmodium, un parasite complexe et retord, transmis à l’homme par les piqures de moustiques. Une équipe d’immunologues de l’Université George Washington a montré que la technologie ARNm pourrait contribuer à concevoir et fabriquer des vaccins plus efficaces que les vaccins antipaludéens classiques disponibles, et à mieux combattre ce fléau qui touche encore, selon l’OMS, plus de 240 millions de personnes, chaque année, dans le monde et en tue 630 000 (Voir Research Gate). Heureusement, une équipe américaine vient de mettre au point 2 candidats vaccins à ARNm très efficaces pour réduire à la fois l'infection et la transmission du paludisme. Ces 2 vaccins expérimentaux, testés chez l’animal, induisent une réponse immunitaire puissante.

Ces recherches ont montré que ce vaccin provoque non seulement une forte mobilisation d'anticorps protecteurs lors de la transmission de parasites à des moustiques sains, mais réduit également et considérablement la charge parasitaire chez les moustiques, ce qui rend beaucoup plus difficile la transmission du paludisme. Les chercheurs ont en outre constaté que l’administration conjointe des deux réduit encore plus efficacement l'infection et la transmission de la maladie. L’arrivée de ces vaccins ARN pourraient donc marquer une étape décisive dans la lutte et la prévention mondiales contre le paludisme.

Ces nouveaux vaccins ARN sont également en train de bouleverser les perspectives de lutte contre les cancers. L’idée consiste à présenter au système immunitaire les antigènes spécifiques à chaque type de cancer. Il devient alors possible d’activer les cellules immunitaires qui reconnaissent ces antigènes du cancer visé. La firme BioNTech travaille activement à la mise au point de toute une panoplie de vaccins ARN anti-cancer, qui pourraient être disponibles d’ici la fin de cette décennie. Ceux-ci visent notamment les tumeurs solides, dont le mélanome, le cancer de la prostate, de l’ovaire et du poumon. La stratégie retenue consiste à orienter les antigènes vers le système lymphatique où les lymphocytes T sont concentrés. Cette approche prometteuse est également celle de la Tufts School of Engineering (Etats-Unis), qui vient de publier des résultats très intéressants (Voir Tufts Now) concernant leur vaccin ARN sur des souris atteintes d'un mélanome métastatique : 40 % des souris ont montré une rémission complète, sans tumeurs et sans récidive à long terme. En outre, ce vaccin a entraîné une excellente mémoire immunitaire, qui bloque la formation de métastases chez les souris en rémission complète.

Il y a quelques semaines, les laboratoires Merck et Moderna, qui collaborent depuis 2016 pour l'arrivée d’un vaccin contre le cancer, ont annoncé avoir trouvé un accord pour développer et commercialiser leur vaccin à ARN messager contre le mélanome. Actuellement en essai de phase 2, ce vaccin est testé, combiné avec un médicament anticancéreux. Dans le cadre d’essais cliniques de phase 2, 157 patients atteints d’un mélanome, un cancer de la peau, ont reçu des vaccins personnalisés, en association avec un médicament d’immunothérapie (Keytruda) du laboratoire Merck. Si ces essais sont positifs, les vaccins seront testés à une plus grande échelle auprès de milliers de patients.

En France, de nombreuses équipes travaillent également à la mise au point de ces futurs vaccins ARN anti-cancer. Citons notamment celle d’Olivier Adotevi (Inserm UMR1098, Université de Franche Comté, Etablissement Français du Sang, Besançon), qui travaille à la vaccination thérapeutique contre le cancer colorectal en ciblant des antigènes de rétrovirus endogènes au moyen d'ARN messagers véhiculés par nanoparticules. On peut aussi évoquer les recherches de l’équipe de Sébastien Campagne (Inserm U1212, CNRS UMR 5320, Bordeaux), qui utilise deux petits ARN thérapeutiques capables de tuer les cellules leucémiques en ciblant une protéine spécifique via deux mécanismes distincts. L’équipe de Marie-Dominique Galibert (CNRS UMR 6290, Université de Rennes, Institut de Génétique et Développement de Rennes), travaille, pour sa part, sur le traitement des mélanomes cutanés grâce à de petits ARN thérapeutiques ciblant l'activité de certains oncogènes. Enfin, l’équipe de Palma Rocchi (Inserm U1068, CNRS UMR 7258, Univ. Aix-Marseille U105, Centre de recherche en cancérologie de Marseille) cherche à mettre au point un traitement innovant, associant ARN antisens et radiothérapie interne pour améliorer la prise en charge des cancers de la prostate résistants.

Cette technologie ARN ne se limite pas aux applications médicales sur l’homme et pourrait également révolutionner l’agronomie et l’agriculture. La firme américaine GreenLight Biosciences travaille ainsi sur un spray à ARN qui vise rien moins qu’à « vacciner » les pommes de terre contre le terrible doryphore, qui entraîne chaque année des pertes de production considérable et devient de plus en plus résistant aux produits chimiques. L’enjeu humain et économique de ces recherches est majeur, quand on sait qu’un tiers de la production agricole mondiale est perdue chaque année à cause des ravageurs, selon la FAO (Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture). Cette organisation précise que les maladies des plantes coûtent à l'économie mondiale 200 milliards d’euros par an et que ces pertes considérables de productions agricoles représentent de quoi nourrir un milliard de personnes… GreenLight Biosciences espère faire homologuer par les autorités sanitaires américaines, dès 2023, sa technologie à ARN destinée à remplacer les pesticides chimiques pour détruire de manière ciblée, biologique et sans résidus les doryphores qui ravagent de manière récurrente les cultures de pommes de terre. Il est important de préciser que ces sprays ARN fonctionnent sur la base d’une technologie de biologie moléculaire qui ne peut en aucun cas entraîner de modification génétique des plantes concernées.

Ce rapide tour d’horizon des nombreuses recherches en cours montre que cet outil ARN constitue une révolution scientifique et médicale immense, qui ne fait que commencer, et va permettre à la fois de se substituer aux méthodes existantes, pour produire les vaccins actuels de manière plus rapide et plus souple, et de concevoir de nouveaux vaccins comblant d’immenses besoins préventifs et thérapeutiques, notamment dans le vaste champ du cancer, mais également contre d’autres fléaux comme le Sida ou le paludisme. Il faut espérer que, dans cette nouvelle compétition scientifique et industrielle majeure, la France, qui s’est brillamment illustrée au siècle dernier en découvrant le fonctionnement de l’ARN, et continue à exceller dans ce secteur de recherche, se donne tous les moyens de déployer une ambitieuse stratégie de recherche à long terme dans ce domaine global des ARN (ARN messagers et interférents) qui va bouleverser nos vies et notre santé.

René TRÉGOUËT

Sénateur honoraire

Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat

e-mail : tregouet@gmail.com


Avenir
Nanotechnologies et Robotique
Amazon dévoile son nouveau bras robotique polyvalent
Mardi, 20/12/2022 - 06:20

Amazon a organisé un événement dédié à sa division robotique durant lequel l’entreprise a dévoilé un nouveau robot. Baptisé Sparrow, il est capable de saisir des millions d'articles de formes et de tailles différentes. Depuis son acquisition de Kiva Systems pour 775 millions de dollars en 2021, le géant de l’e-commerce développe ses propres robots pour accompagner ses efforts logistiques. Au mois de juin dernier, il a présenté quatre nouveaux appareils dont Cardinal, un bras robotique qui soulève et déplace des colis pesant jusqu'à 15 kilogrammes. Il s’agit d’une extension de Robin, un autre robot plus ancien développé par Amazon Robotics.

Sparrow rejoint la gamme de bras robotiques de l’entreprise. Sa spécificité : il peut attraper des objets de tailles incroyablement variées. « Nous avons des millions de produits de toutes formes et de toutes tailles dans notre inventaire, et nous avons reconnu l'opportunité d'inventer une nouvelle technologie qui pourrait aider à les traiter à l'échelle d'Amazon », explique la société.

Ainsi, Sparrow est le premier robot de l’entreprise capable de « détecter, sélectionner et manipuler des produits individuels » grâce à l’intelligence artificielle et à la vision par ordinateur. Le bras robotique peut aussi bien ramasser un jeu de société qu’un flacon de vitamines ou un ensemble de draps pour les placer méticuleusement dans des caisses avant même que ceux-ci ne soient empaquetés pour être livrés, et permet donc de trier les articles de manière rapide et efficace.

« L'année dernière, avec l'aide des technologies Amazon, nos employés du monde entier ont préparé, rangé ou emballé environ 5 milliards de colis, soit plus de 13 millions de colis par jour. La technologie robotique nous permet de travailler plus intelligemment, et non plus durement, afin de fonctionner de manière efficace et sûre », continue Amazon. L’entreprise assure que son travail dans la robotique a permis de créer 700 nouvelles catégories d’emplois dans ses rangs. Par ailleurs, ses robots d’entrepôts sont dédiés aux tâches les plus répétitives, ce qui rend le travail des employés moins ardu et leur libère du temps pour d’autres missions. Amazon mise sur ses robots pour améliorer la sécurité dans ses entrepôts, mais le chemin semble encore long. Une enquête a en effet révélé que les entrepôts équipés de robots présentent des taux d'accidents plus élevés que les installations non automatisées de l’entreprise.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Siècle Digital

Les robots-serveurs font leur entrée dans les restaurants
Mardi, 20/12/2022 - 06:15

Au restaurant, le serveur passe d'une table à l'autre… suivi par un petit robot qui amène les plats et les boissons ou rapporte les assiettes vides en cuisine. Plato, de son nom officiel, pourrait bientôt faire partie du personnel des restaurants. C'est en tout cas le souhait de la start-up française Aldebaran qui a conçu ce serveur du futur.

"Plato, débarrasse table 2". Pilotable à la voix ou via son écran interactif, le robot cylindrique haut de 1,10 mètre déambule entre les tables selon les ordres du serveur. C'est la promesse martelée par son fabricant : Plato ne remplace pas le serveur. Il l'accompagne dans son service pour lui permettre « de se consacrer à l'interaction sociale avec les clients », affirme Xavier Lachérade. Le directeur général d'Aldebaran n'évoque d'ailleurs pas un robot, en parlant de Plato, mais un "cobiot" selon les termes de l'entreprise, c'est-à-dire un robot collaboratif. « Le robot seul ne fonctionnera pas », avance-t-il.

S'appuyant sur l'expérience de ses robots Nao - un robot humanoïde et programmable - et Pepper - un autre robot capable, lui, d'identifier les émotions -, Aldebaran a voulu travailler sa nouvelle machine de manière à l'insérer le plus facilement possible parmi les clients, parfois réticents à accepter ce genre d'appareil. Des yeux et un sourire s'affichent sur l'écran interactif du robot, sans utilité première mais destinés à attendrir le client. Peu bruyant, Plato a été développé « pour être le plus sympa, le plus mignon possible », confirme Xavier Lachérade. S'il s'adresse avant tout au monde de la restauration, notamment les grands établissements ou les cantines, Plato a aussi été testé dans un Ehpad.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

BFM

Une nouvelle nanoparticule pour agir au cœur des cellules
Lundi, 19/12/2022 - 06:30

Une équipe de l’Université de Genève (UNIGE) et de l’Université Ludwig-Maximilian de Munich (LMU) est parvenue à mettre au point une nanoparticule entièrement biodégradable capable de délivrer un nouveau médicament anti-inflammatoire directement dans les macrophages - les cellules où se déclenchent des réactions inflammatoires incontrôlées - garantissant son efficacité. De plus, les scientifiques ont utilisé une méthodologie de screening in vitro limitant le recours à l’expérimentation animale. Ces résultats ouvrent la voie à un traitement anti-inflammatoire extrêmement puissant et ciblé.

Si l’inflammation est une réponse physiologique de l’organisme essentielle pour se défendre contre les pathogènes, elle peut s’avérer problématique lorsqu’elle devient chronique, comme dans des cas de cancers, de maladies auto-immunes ou lors de certaines infections virales. De nombreux traitements existent déjà mais, leur action étant souvent peu ciblée, de fortes doses sont nécessaires et les effets secondaires délétères sont fréquents. Les macrophages, de grosses cellules immunitaires dont le rôle naturel est de phagocyter les agents pathogènes et de déclencher une inflammation pour les détruire, sont souvent en cause dans les maladies inflammatoires. Suractivées, ces cellules déclenchent une réaction inflammatoire excessive qui se retourne contre l’organisme au lieu de le protéger.

Le necrosulfonamide est une nouvelle molécule qui inhibe la libération de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires importants, et constitue donc une avancée prometteuse pour atténuer certains types d’inflammation. Cependant, de nature extrêmement hydrophobe, elle voyage mal dans le sang et pourrait s’attaquer à de nombreux types de cellules, déclenchant ainsi des effets potentiellement toxiques. « C’est pour cela que cette molécule n’est pas encore disponible sous forme de médicament », indique Gaby Palmer, professeure au Département de médecine et au Centre de recherche sur l’inflammation de la Faculté de médecine de l’UNIGE, qui a codirigé cette étude. « Le recours à une nanoparticule servant de vaisseau de transport permettrait de contourner ces défauts en livrant le médicament directement dans les macrophages pour combattre la suractivation inflammatoire là où elle commence ».

Les scientifiques ont testé différentes nanoparticules, avec comme critères principaux une diminution de la toxicité et du dosage nécessaire, ainsi que la capacité de ne libérer le médicament qu’une fois parvenues à l’intérieur des macrophages. « Nous avons utilisé pour cela une technologie de screening in vitro sur ces cellules humaines et murines, que nous avons mise au point il y a quelques années. Cela permet à la fois de gagner du temps et de réduire fortement le recours aux modèles animaux », détaille Carole Bourquin, professeure à la Faculté des sciences (Institut des sciences pharmaceutiques de Suisse occidentale) et à la Faculté de médecine (Département d’anesthésiologie, pharmacologie, soins intensifs et urgences, Centre de recherche translationnelle en oncohématologie et Centre de recherche sur l’inflammation de Genève) de l’UNIGE, qui a codirigé ces travaux. « Ainsi, uniquement la particule la plus prometteuse sera ensuite testée sur des souris, préalable indispensable aux essais cliniques sur les êtres humains ».

Trois nanoparticules très différentes ont été examinées : une nanoparticule à base de cyclodextrine, une substance couramment utilisée dans les cosmétiques ou l’alimentation industrielle, une nanoparticule de phosphate de magnésium, et enfin une nanoparticule de silice poreuse. « La première n’était pas très satisfaisante, tandis que la deuxième s’est avérée contre-productive : elle causait en effet la libération de médiateurs pro-inflammatoires, stimulant la réaction inflammatoire au lieu de la combattre », indique Bart Boersma, doctorant dans le laboratoire de Carole Bourquin et premier auteur de cette étude.

« Notre nanoparticule de silice, en revanche, réunissait tous les critères : entièrement biodégradable, de la bonne taille pour être avalée par les macrophages, et capable de transporter le médicament dans ses nombreux pores sans le libérer de manière trop précoce. L’effet anti-inflammatoire était remarquable ». L’équipe a ensuite reproduit ses tests en recouvrant les nanoparticules d’une couche supplémentaire de lipides, mais sans bénéfice supérieur aux nanoparticules de silice seules.

D’autres nanoéponges de silice mises au point par l’équipe germano-suisse avaient déjà prouvé leur efficacité pour transporter des médicaments anti-tumoraux. « Ici, elles transportent un médicament très différent qui inhibe le système immunitaire », indique Carole Bourquin. « La silice poreuse, encore peu connue, se révèle peu à peu comme une nanoparticule de choix dans le domaine pharmaceutique, très efficace, stable, et non toxique ».

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

UNIGE

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Matière
Matière et Energie
Les cellules solaires à pigment passent le seuil des 15 % de rendement…
Mercredi, 21/12/2022 - 12:48

Des scientifiques de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ont augmenté le rendement de conversion de puissance des cellules photovoltaïques à pigment photosensible en le poussant au-delà de 15 % à la lumière directe du soleil et 30 % à la lumière ambiante. Les cellules photovoltaïques mésoscopiques à pigment photosensible (DSC) ont été inventées dans les années 1990 par Brian O’Regan et Michael Grätzel, professeur à l’EPFL, prenant le nom du dernier nommé pour devenir les fameuses cellules "Grätzel". Les DSC convertissent la lumière en électricité au moyen de photosensibilisateurs ; ces pigments absorbent la lumière et injectent des électrons dans un réseau de nanocristaux d’oxyde, lesquels sont ensuite collectés sous forme de courant électrique.

Dans les DSC, des photosensibilisateurs sont attachés («adsorbés») à la surface de films de dioxyde de titane nanocristallin mésoporeux qui sont imbibés d’électrolytes à activité redox ou à un matériau solide de transport de charges, la structure entière visant à générer de l’électricité en déplaçant les électrons du photosensibilisateur vers une sortie électrique, comme un appareil ou une unité de stockage.

Les DSC sont transparentes, peuvent être fabriquées dans de multiples couleurs dans une optique de réduction des coûts et sont déjà intégrées dans des puits de lumière, des serres et des façades en verre, comme celles du SwissTech Convention Center. De plus, des versions flexibles ultralégères des DSC sont à présent vendues à grande échelle dans le commerce pour l’alimentation électrique d’appareillages électroniques portables tels que des écouteurs ou des liseuses, ainsi que dans le domaine de l’Internet des Objets, en utilisant la lumière ambiante.

De récents progrès dans le domaine des photosensibilisateurs et d’autres composants des DSC ont permis d’améliorer les performances de ces dernières, tant à la lumière directe du soleil qu’à la lumière ambiante. Mais la clé pour améliorer l’efficacité des DSC réside dans la compréhension et le contrôle de l’assemblage des molécules pigmentaires sur la surface des films de nanoparticules de dioxyde de titane favorisant la génération de la charge électrique. L’une des méthodes est celle de la cosensibilisation, une technique de fabrication chimique qui produit des DSC avec deux pigments différents – voire plus – présentant une absorption optique complémentaire.

La cosensibilisation a porté le rendement de conversion de puissance des DSC à des valeurs record, cette méthode présentant potentiellement l’avantage de pouvoir combiner des pigments capables d’absorber la lumière sur l’intégralité du spectre. Toutefois, la cosensibilisation s’est aussi révélée inefficace dans certains cas, car la recherche des combinaisons judicieuses de pigments capables d’absorber une grande quantité de lumière et d’offrir un rendement de conversion de puissance maximum requiert un énorme travail de conception, de synthèse et de criblage moléculaire.

Des scientifiques des groupes de Grätzel and Anders Hagfeldt à l’EPFL ont à présent développé une méthode permettant d’améliorer l’assemblage de deux nouvelles molécules pigmentaires photosensibilisantes et d’accroître la performance photovoltaïque des DSC. Ensemble, ces nouveaux photosensibilisateurs peuvent récolter une grande quantité de lumière sur l’intégralité du domaine visible. La nouvelle technique mise au point implique la pré-adsorption d’une monocouche d’un dérivé de l’acide hydroxamique sur la surface de dioxyde de titane nanocristallin mésoporeux. Cela a pour effet de ralentir l’adsorption des deux photosensibilisateurs et de permettre ainsi la formation d’une couche dense et bien ordonnée de photosensibilisateur sur la surface d’oxyde de titane.

Grâce à cette approche, l’équipe a pu développer des DSC offrant pour la première fois un rendement de conversion de puissance de 15,2 % à la lumière du soleil simulée standard, avec une stabilité opérationnelle à long terme testée de plus de 500 heures. L’augmentation de la surface active de 2,8 cm2 a permis d’obtenir un rendement de conversion de puissance situé entre 28,4 % et 30,2 % sur une large plage d’intensités de lumière ambiante et ce, avec une excellente stabilité.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Nature

Des chercheurs du MIT améliorent la densité énergétique des batteries non rechargeables
Mercredi, 21/12/2022 - 12:44

Des chercheurs du MIT ont trouvé un moyen d’améliorer la densité énergétique de ces batteries non rechargeables, ou “primaires”. Ils affirment que cette solution pourrait permettre d’augmenter de 50 % la durée de vie utile, ou de diminuer d’autant la taille et le poids pour une quantité donnée de puissance ou de capacité énergétique, tout en améliorant la sécurité, avec une augmentation minime ou nulle du coût.

Cette avancée repose sur le remplacement de l’électrolyte de la batterie, traditionnellement inactif, par un matériau actif pour la fourniture d’énergie Cette différence de capacité, ajoute M. Gao, rend les piles primaires « essentielles pour les applications où la recharge n’est pas possible ou n’est pas pratique ». Les nouveaux matériaux fonctionnent à la température du corps humain et conviendraient donc aux implants médicaux. Outre les dispositifs implantables, dont le développement se poursuit pour que les batteries fonctionnent efficacement à des températures plus basses, les applications pourraient également inclure des capteurs dans des dispositifs de suivi des expéditions, par exemple pour garantir que les exigences en matière de température et d’humidité pour les expéditions de nourriture ou de médicaments sont correctement maintenues tout au long du processus d’expédition.

Elles pourraient également être utilisées dans des véhicules aériens ou sous-marins télécommandés qui doivent rester prêts à être déployés pendant de longues périodes. Les batteries de stimulateurs cardiaques durent généralement de cinq à dix ans, voire moins si elles nécessitent des fonctions à haute tension, comme la défibrillation. Pourtant, pour ces batteries, explique M. Gao, la technologie est considérée comme mature, et « il n’y a pas eu d’innovations majeures dans les chimies fondamentales des cellules au cours des 40 dernières années ».

La clé de l’innovation de l’équipe est un nouveau type d’électrolyte – le matériau qui se trouve entre les deux pôles électriques de la batterie, la cathode et l’anode, et qui permet aux porteurs de charge de passer d’un côté à l’autre. « En utilisant un nouveau composé liquide fluoré, l’équipe a découvert qu’elle pouvait combiner certaines des fonctions de la cathode et de l’électrolyte en un seul composé, appelé catholyte. Cela permet d’économiser une grande partie du poids des batteries primaires typiques », indique M. Gao.

« Bien qu’il existe d’autres matériaux que ce nouveau composé qui pourraient théoriquement jouer un rôle similaire de catholyte dans une batterie à haute capacité », ajoute M. Gallant, « ces matériaux ont des tensions inhérentes plus faibles qui ne correspondent pas à celles du reste du matériau dans une batterie de stimulateur cardiaque classique, un type connu sous le nom de CFx ». Étant donné que la production globale de la batterie ne peut pas être supérieure à celle du plus petit des deux matériaux d’électrode, la capacité supplémentaire serait gaspillée en raison de la discordance de tension. Mais avec le nouveau matériau, « l’un des principaux mérites de nos liquides fluorés est que leur tension s’aligne très bien sur celle du CFx », explique toujours M. Gallant.

Dans une batterie CFx classique, l’électrolyte liquide est essentiel car il permet aux particules chargées de passer d’une électrode à l’autre. Mais « ces électrolytes sont en fait chimiquement inactifs, ils sont donc essentiellement un poids mort », commente encore M. Gao. « Cela signifie qu’environ 50 % des composants clés de la batterie, principalement l’électrolyte, sont des matériaux inactifs. Mais dans la nouvelle conception avec le catholyte fluoré, la quantité de poids mort peut être réduite à environ 20 % ».

« Les nouvelles cellules offrent également des améliorations en matière de sécurité par rapport à d’autres types de produits chimiques proposés qui utiliseraient des catholytes toxiques et corrosifs, ce qui n’est pas le cas de leur formule », explique Mme Gallant. « De plus, les tests préliminaires ont démontré une durée de conservation stable sur plus d’un an, une caractéristique importante pour les batteries primaires ».

Jusqu’à présent, l’équipe n’a pas encore réalisé expérimentalement l’amélioration complète de 50 % de la densité énergétique prévue par son analyse. Elle a démontré une amélioration de 20 %, ce qui, en soi, serait un gain important pour certaines applications, selon M. Gallant. La conception de la cellule elle-même n’a pas encore été entièrement optimisée, mais les chercheurs peuvent projeter les performances de la cellule sur la base des performances du matériau actif lui-même. « Nous pouvons voir que les performances projetées au niveau de la cellule, lorsqu’elle est mise à l’échelle, peuvent atteindre environ 50 % de plus que la cellule CFx », explique-t-elle. Atteindre ce niveau expérimentalement est le prochain objectif de l’équipe.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

PNAS

Des chercheurs développent un matériau qui imite la façon dont le cerveau stocke les informations
Lundi, 19/12/2022 - 06:20

Une équipe de recherche de l’Université Autonome de Barcelone a développé un matériau magnétique capable d’imiter la façon dont le cerveau stocke les informations. Le matériau permet d’émuler les synapses des neurones et de mimer, pour la première fois, l’apprentissage qui se produit pendant le sommeil profond.

L’informatique neuromorphique est un nouveau paradigme informatique dans lequel le comportement du cerveau est émulé en imitant les principales fonctions synaptiques des neurones. Parmi ces fonctions figure la plasticité neuronale : capacité à stocker des informations ou à les oublier en fonction de la durée et de la répétition des impulsions électriques qui stimulent les neurones, une plasticité qui serait liée à l’apprentissage et à la mémoire.

Parmi les matériaux qui miment les synapses des neurones, se distinguent les matériaux memrésistifs, les ferroélectriques, les matériaux à mémoire à changement de phase, les isolants topologiques et, plus récemment, les matériaux magnéto-ioniques. Dans ce dernier cas, les modifications des propriétés magnétiques sont induites par le déplacement d’ions à l’intérieur du matériau provoqué par l’application d’un champ électrique. Dans ces matériaux, on sait bien comment le magnétisme est modulé lors de l’application du champ électrique, mais l’évolution des propriétés magnétiques à l’arrêt de la tension (c’est-à-dire l’évolution après le stimulus) est difficile à contrôler. Cela complique l’émulation de certaines fonctions inspirées par le cerveau, telles que le maintien de l’efficacité de l’apprentissage qui a lieu même lorsque le cerveau est dans un état de sommeil profond (c’est-à-dire sans stimulation externe).

Cette étude, menée par les chercheurs du Département de Physique de l’UAB Jordi Sort et Enric Menéndez, en collaboration avec le Synchrotron ALBA, l’Institut Catalan des Nanosciences et Nanotechnologies (ICN2) et l’ICMAB, propose une nouvelle façon de contrôler l’évolution de l’aimantation à la fois dans les états stimulés et post-stimulus.

Les chercheurs ont mis au point un matériau à base d’une fine couche de mononitrure de cobalt (CoN) où, en appliquant un champ électrique, l’accumulation d’ions N à l’interface entre la couche et un électrolyte liquide dans lequel la couche a été placée peut être contrôlée. « Le nouveau matériau fonctionne avec le mouvement des ions contrôlés par une tension électrique, d’une manière analogue à notre cerveau, et à des vitesses similaires à celles produites dans les neurones, de l’ordre de la milliseconde », expliquent le professeur de recherche ICREA Jordi Sort et Sierra Hunter Professeur tenure-track Enric Menéndez. « Nous avons développé une synapse artificielle qui pourrait être à l’avenir la base d’un nouveau paradigme informatique, alternatif à celui utilisé par les ordinateurs actuels », soulignent Sort et Menéndez.

En appliquant des impulsions de tension, il a été possible d’émuler, de manière contrôlée, des processus tels que la mémoire, le traitement d’informations, la récupération d’informations et, pour la première fois, la mise à jour contrôlée d’informations sans tension appliquée. Ce contrôle a été obtenu en modifiant l’épaisseur des couches de mononitrure de cobalt (qui détermine la vitesse de déplacement des ions) et la fréquence des impulsions. L’agencement du matériau permet de contrôler les propriétés magnétoioniques non seulement lors de l’application de la tension mais aussi, pour la première fois, lors de la suppression de la tension. Une fois que le stimulus de tension externe a disparu, la magnétisation du système peut être réduite ou augmentée, en fonction de l’épaisseur du matériau et du protocole d’application préalable de la tension.

Ce nouvel effet ouvre toute une gamme d’opportunités pour de nouvelles fonctions informatiques neuromorphiques. Il offre une nouvelle fonction logique qui permet, par exemple, la possibilité de mimer l’apprentissage neuronal qui se produit après une stimulation cérébrale, lorsque nous dormons profondément. Cette fonctionnalité ne peut être émulée par aucun autre type de matériaux neuromorphiques existants.

« Lorsque l’épaisseur de la couche de mononitrure de cobalt est inférieure à 50 nanomètres et avec une tension appliquée à une fréquence supérieure à 100 cycles par seconde, nous avons réussi à émuler une fonction logique supplémentaire : une fois la tension appliquée, l’appareil peut être programmé pour apprendre ou oublier, sans avoir besoin d’un apport supplémentaire d’énergie, en imitant les fonctions synaptiques qui se déroulent dans le cerveau pendant le sommeil profond, lorsque le traitement de l’information peut se poursuivre sans appliquer aucun signal externe », soulignent Jordi Sort et Enric Menendez.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

UAB

La fusion contrôlée par laser franchit une étape historique…
Lundi, 19/12/2022 - 06:13

Les États-Unis ont annoncé le 13 décembre une percée scientifique historique dans le domaine de la fusion nucléaire. Une expérience réalisée auparavant « a produit davantage d’énergie à partir de la fusion que l’énergie des lasers utilisée » pour provoquer la réaction, a expliqué le célèbre Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL), situé en Californie et qui dépend du ministère américain de l’Énergie.

Le LLNL évoque  une « percée scientifique majeure », « qui ouvrira la voie à des progrès en matière de sécurité nationale et d’énergie propre ». Depuis plus de 60 ans, les chercheurs du monde entier cherchent à développer la fusion nucléaire qui, selon ses défenseurs, pourrait permettre à l’humanité de rompre sa dépendance aux énergies fossiles, responsables du réchauffement climatique. Actuellement, les centrales nucléaires utilisent la fission, qui fonctionne en scindant le noyau d’un atome lourd, libérant ainsi de l’énergie. La fusion nucléaire, au contraire, provoque la fusion de deux noyaux légers, pour en former un plus lourd.

Cette réaction est celle qui alimente les étoiles, dont notre Soleil. Grâce aux conditions de chaleur et de pression extrêmes qui y règnent, les atomes d’hydrogène fusionnent pour former de l’hélium, produisant au passage une immense quantité d’énergie. Sur Terre, ce processus peut être obtenu, soit à l’aide du confinement magnétique (c’est la voie retenue et expérimentée par le projet international ITER, à Cadarache, en France), soit par le confinement inertiel, c’est-à-dire à l’aide de lasers ultra-puissants. Au National Ignition Facility (NIF), qui dépend du laboratoire californien, pas moins de 192 lasers sont pointés vers une cible aussi petite qu’un dé à coudre, où sont placés les atomes légers d’hydrogène à fusionner. Les scientifiques ont ainsi produit environ 3,15 mégajoules d’énergie, en délivrant à l’origine 2,05 mégajoules via les lasers, selon le communiqué.

Un tel résultat fournit enfin la preuve d’un principe physique imaginé il y a des décennies. La fusion présente de nombreux avantages par rapport à la fission : elle ne comporte aucun risque d’accident nucléaire et produit moins de déchets radioactifs. Surtout, par rapport aux centrales à charbon ou à gaz, elle ne génère aucun gaz à effet de serre.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

LLNL

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Vivant
Santé, Médecine et Sciences du Vivant
Le vaccin contre le virus de l’hépatite B est toujours efficace 35 ans plus tard !
Mercredi, 21/12/2022 - 12:42

En 1981, 1 578 adultes et enfants autochtones de l'Alaska d’au moins 6 mois vivant dans 15 communautés isolées ont reçu trois doses de vaccin contre l'hépatite B, dérivé du plasma. Le taux de réponse global a été élevé, 97,4 % des personnes développant des niveaux protecteurs d’AC anti-HBs.

A l’époque, les auteurs avaient émis l'hypothèse qu'une série de vaccinations se traduirait par une protection à vie contre l'hépatite aiguë symptomatique et/ou l'acquisition de l'état de porteur chronique du virus de l’hépatite B (VHB). Ils ont régulièrement suivi cette population 11, 15, 22 puis 30 ans plus tard, proposant une éventuelle dose de rappel si le taux d’AC anti-HBs diminuait en dessous de 10 mUI/mL.

Une partie de cette population a de nouveau été testée pour les niveaux d’AC anti-HBs 35 ans plus tard. Ceux dont les taux étaient <10 mUI/mL ont reçu une dose de rappel d’un vaccin recombinant contre l'hépatite B et ont ensuite été évalués concernant les taux d'anti-HBs, 30 jours après cette injection. Parmi les 320 personnes recrutées, 112 n'avaient pas participé à l'étude de suivi à 22 ou 30 ans (groupe 1) et 208 personnes avaient participé mais n'avaient pas reçu de rappel au cours des années antérieures (groupe 2). Parmi ces 112 personnes du groupe 1, 53 (47,3 %) avaient un taux d'anti-HBs ≥ 10 mUI/ml.

Alors que la crédibilité des vaccins contre le SARS-Cov-2 s’émousse dans la population générale, une bonne nouvelle nous parvient d’Alaska où des chercheurs ont retrouvé des taux protecteurs d’AC anti-HBs > 10mIU/mL 35 ans après une campagne de vaccination dans une population ou la prévalence de l’infection par VHB atteint 6,5 %, similaire à celle de l’Asie du Sud Est et de l’Afrique sub-saharienne.

Les résultats d'autres cohortes vaccinées avec un suivi de 20 à 30 ans montrent, à tout âge, une protection à long terme similaire. Les niveaux d'anticorps protecteurs (anti-HBs, ≥ 10 mUI/ml) prédominent, après 35 ans, parmi les personnes qui avaient 10 à 19 ans au moment de la vaccination par rapport aux groupes plus âgés et plus jeunes. De plus, 78,5 % des participants des groupes 1 et 2 qui ont reçu une dose de rappel ont répondu avec des taux d'anti-HBs protecteurs.

Les résultats de cette cohorte de 35 ans s'appliquent surtout aux jeunes enfants, aux jeunes adultes, aux voyageurs adultes dans les pays où le VHB est endémique et aux travailleurs de la santé vaccinés contre le VHB. Ces données, ainsi que celles d'autres études, montrent une protection continue contre la maladie chez les personnes vaccinées et ne justifient donc pas la nécessité d'un dépistage ou d'un rappel périodique de la population générale. En conclusion, 86 % des participants présentent des preuves de protection 35 ans après une campagne de vaccination dans un environnement ou la prévalence du VHB est élevée.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Hepatology

Diabète de type 1 : les télomères influencent le risque cardiovasculaire
Mercredi, 21/12/2022 - 12:35

Même s’ils sont correctement pris en charge et que leur glycémie est bien contrôlée, les diabétiques de type 1 ont un risque cardiovasculaire supérieur à celui observé dans la population générale. Afin de comprendre l’origine de cette vulnérabilité, Manuel Sanchez s’est penché sur les télomères d’une cohorte de malades : « Ces séquences particulières de l’ADN sont situées à l’extrémité des chromosomes. Elles protègent notre patrimoine génétique de sa dégradation ou de remaniements intempestifs. Mais à chaque fois qu’une cellule se divise, ses télomères raccourcissent. Ce phénomène participe notamment au vieillissement tissulaire », rappelle le chercheur. « En outre, il existe dans la population générale une association entre la longueur des télomères et le risque cardiovasculaire. Nous avons donc voulu savoir si ce paramètre était également associé au surrisque de troubles vasculaires auquel les diabétiques de type 1 sont exposés ».

Pour conduire cette étude, le chercheur s’est appuyé sur les données de deux cohortes (Genediab et Genesis) constituées d’individus diabétiques de type 1, diagnostiqués avant l’âge de 35 ans et suivis par son laboratoire depuis les années 1990. Le chercheur a pu utiliser des échantillons sanguins prélevés lors du recrutement des participants pour mesurer la longueur de leurs télomères. Il a ensuite évalué si les antécédents cardiovasculaires de ces patients, ou la survenue d’événements au cours de leur suivi, pouvaient être associés à cette mesure : « Il est apparu que les antécédents personnels d’infarctus du myocarde étaient plus fréquents dans le groupe des personnes qui présentaient les télomères les plus courts. De plus, le risque de nouvel évènement cardiovasculaire dans les 10 à 15 ans de suivi était majoré chez ces patients, par rapport au risque observé chez ceux dont les télomères étaient les plus longs. » En d’autres termes, le risque de maladie cardiovasculaire d’un diabétique semble d’autant plus important que la longueur de ses télomères est réduite.

Dans un second temps, le chercheur s’est intéressé à une trentaine de gènes connus pour influencer la biologie des télomères et leur capacité à maintenir leur longueur au fil du temps. Il a observé que six d’entre eux (TERC, NAF1, TERT, TNKS, MEN1 et BICD1) peuvent présenter des variations de séquence associées à la survenue des complications cardiovasculaires : les diabétiques qui présentaient ces variants génétiques étaient en effet plus vulnérables. « Il s’agit de gènes qui codent pour des protéines directement ou indirectement impliquées dans l’élongation, la protection ou la réparation des télomères. Notre étude n’avait pas une puissance suffisante pour déterminer si la présence de ces allèles est corrélée à la longueur des télomères chez les diabétiques, mais nous savons que c’est le cas dans la population générale ».

L’ensemble de ces résultats suggère donc que, parmi les individus atteints de longue date par un diabète de type 1, le raccourcissement des télomères pourrait conduire à un vieillissement accéléré du tissu vasculaire et augmenter ainsi la susceptibilité à développer des complications cardiovasculaires. Étudier la vitesse de raccourcissement de ces séquences au cours du temps permettrait de renforcer la démonstration du lien de causalité entre la longueur des télomères et le pronostic cardiovasculaire : « Dans cette étude, nous ne disposions que d’un seul prélèvement biologique pour mesurer les télomères des patients, précise Manuel Sanchez. Il serait intéressant de conduire le même travail dans une cohorte où deux prélèvements ont été réalisés à plusieurs années d’intervalle. Il serait alors possible d’évaluer si un raccourcissement important de ces séquences sur une période de temps donnée est associé à un nombre d’évènements cardiovasculaires plus élevé ». Si ces données étaient probantes, elles pourraient aider à identifier de nouvelles voies thérapeutiques pour contrer le vieillissement du tissu vasculaire. Des thérapeutiques qui moduleraient l’action de la télomérase, une enzyme qui permet de maintenir la longueur des télomères, pourraient par exemple être envisagées.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Inserm

Repérer chaque cellule individuellement, sans recourir à la fluorescence…
Mardi, 20/12/2022 - 06:10

Au microscope, distinguer les cellules saines des cellules malsaines peut s’avérer très difficile. Les scientifiques utilisent des colorants ou des marqueurs fluorescents ciblant des protéines spécifiques pour identifier les types de cellules, caractériser leur état et étudier l’effet des médicaments et autres traitements. Malgré son impact déterminant sur la médecine, cette méthode a ses limites. Par exemple, le marquage des cellules est coûteux, prend du temps et dépend beaucoup des compétences de la chercheuse ou du chercheur. Le processus de coloration peut aussi être préjudiciable aux cellules étudiées.

C’est pourquoi les scientifiques ont mis au point d’autres méthodes de criblage rapide et fiable des cellules individuelles. Des chercheuses et chercheurs de la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieur de l’EPFL et leurs collègues de l’ISASI (Institut de sciences appliquées et de systèmes intelligents) du CNR à Pouzzoles (Italie) ont présenté une méthode sans colorant capable de distinguer avec précision des zones spécifiques au sein de cellules vivantes. En combinant de manière unique l’imagerie holographique et la microfluidique avec le traitement du signal par réseau neuronal, leurs travaux ouvrent la voie aux biopsies liquides pour la détection des cellules tumorales circulantes et aux essais à haut rendement pour les tests de médicaments.

L’étude s’appuie sur la tomographie par apprentissage, une méthode précédemment développée par Demetri Psaltis et son équipe du Laboratoire d’optique de l’EPFL. Plutôt que d’utiliser un microscope pour créer une image visuelle de l’échantillon étudié, la tomographie par apprentissage repose sur l’imagerie de phase quantitative. Il s’agit d’une méthode d’imagerie holographique qui révèle le retard de phase subi lorsque le faisceau lumineux du microscope traverse la matière qui constitue la cellule.

En répétant ce processus sous plusieurs angles différents et en faisant passer les données de phase par un réseau neuronal, les scientifiques ont pu créer des cartes 3D de l’indice de réfraction de chaque voxel individuel – chaque volume tridimensionnel résolu par la méthode. « La densité des molécules et le matériau influent sur l’indice de réfraction », explique Demetri Psaltis. L’augmentation du nombre d’itérations a encore amélioré la précision de l’estimation de la distribution de l’indice de réfraction.

Demetri Psaltis et son équipe ont surmonté une limite bien établie des méthodes d’imagerie de phase quantitative, à savoir l’incapacité à identifier les composants intracellulaires. « L’utilisation d’une méthode d’auto-clustering qui regroupe les voxels ayant un indice de réfraction similaire, associée à des outils d’apprentissage machine, nous a permis d’assembler les clusters en formes que nous avons pu classer. Différents types de noyaux, par exemple, ont différents indices de réfraction », affirme Demetri Psaltis. En comblant cette lacune, on ouvre la voie à l’imagerie de phase quantitative, qui permet d’obtenir des informations que l’on ne pouvait obtenir qu’en utilisant la microscopie de fluorescence.

Un deuxième défi consistait à mettre au point une méthode de criblage des cellules qui ne nécessite pas leur immobilisation. La solution à cette problématique est venue de Pietro Ferraro, co-auteur, et de son laboratoire du CNR, qui a acquis une vaste expérience dans le domaine de la tomographie à flux entrant à l’aide de dispositifs de laboratoire sur puce. « L’idée était de placer les cellules dans un canal fluidique de 50 à 100 microns de diamètre et de laisser le gradient de vitesse d’écoulement du canal faire tourner les cellules », poursuit Demetri Psaltis. « En observant les cellules tomber le long du canal à l’aide d’un faisceau et d’un détecteur fixes, nous pouvons détecter le retard de phase, estimer l’orientation de la cellule et appliquer notre méthode de tomographie par apprentissage pour créer les cartes d’indice de réfraction 3D ».

« La résolution transversale possible est d’un demi-micron à un micron », explique Demetri Psaltis. « Nous ne pouvons pas détecter des protéines individuelles, mais nous pouvons voir les agrégats de protéines, qui ont tendance à mesurer quelques dizaines de microns. Cela nous permet également d’évaluer la taille du noyau et le contour de la cellule, qui est moins lisse lorsque les cellules deviennent cancéreuses ». Les chercheuses et chercheurs ont validé leur méthodologie en comparant leurs résultats avec les observations faites à l’aide de la microscopie confocale à fluorescence, l’actuelle norme de référence de l’imagerie cellulaire 3D.

Une application essentielle du criblage cellulaire sans colorant est la biopsie liquide. Celle-ci permet de détecter les cellules cancéreuses circulantes, et est utilisée pour identifier les types de cancers en chirurgie et comme outil de diagnostic précoce des métastases cancéreuses. Une autre application est le développement de médicaments. Bon nombre de maladies telles que la maladie de Parkinson sont associées à des protéines réticulées. La méthode développée par Demetri Psaltis et ses collègues offre un moyen très efficace et non invasif d’évaluer l’efficacité des médicaments conçus pour décomposer ces protéines réticulées en temps réel, en faisant passer plusieurs fois les cellules traitées dans le dispositif d’imagerie. De même, cette méthode pourrait être utilisée pour fournir aux chercheuses et chercheurs de nouvelles informations sur les effets en temps réel des agents pathogènes sur les cellules saines.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

EPFL

Observer, en trois dimensions et en direct, les vaisseaux sanguins à l’échelle microscopique
Mardi, 20/12/2022 - 06:00

L’image est impressionnante. On y voit distinctement l’ensemble des vaisseaux du cerveau d’une souris, des veines les plus grosses aux capillaires les plus fins. Ce cliché a été réalisé grâce à une technique d’imagerie bien particulière appelée microscopie par localisation ultrasonore 3D, et développée par les chercheurs de l’Institut Physique pour la médecine, à Paris. Elle est ici utilisée en trois dimensions, pour la première fois. « Nous avions déjà réalisé de l’imagerie transcrânienne chez la souris grâce à cette méthode », rapporte Mathieu Pernot, directeur de recherche Inserm, qui a conduit ces travaux. « Mais en deux dimensions uniquement ! Or, la 2D ne permet pas d’accéder à certains paramètres intéressants, comme le débit sanguin dans les vaisseaux ».

Avec la 3D, c’est désormais possible. La technique a également été utilisée par Oscar Demeulenaere, doctorant dans l’équipe, pour observer la vascularisation d’un cœur de rat – dans le but de détecter des pathologies microvasculaires.

Le dispositif s’articule en deux volets. Tout d’abord, il s’agit d’injecter des agents de contraste dans une veine, ici des microbulles. En localisant ces microbulles et en les traquant consciencieusement, il est possible de suivre le flux sanguin jusque dans les plus petits vaisseaux. Pour cela, les chercheurs utilisent une technique appelée échographie ultrarapide. « Comme pour une échographie classique, on utilise une sonde, sauf que celle-ci est composée d’un millier d’éléments émetteurs et récepteurs ; elle permet d’envoyer à très haute cadence des faisceaux d’ultrasons sur l’organe. Ils sont non focalisés, c’est-à-dire qu’ils illuminent l’ensemble du cerveau ou du cœur », explique Mathieu Pernot. «  Ensuite, à partir des signaux qui nous parviennent en retour, on peut reconstruire une image à haute résolution de l’ensemble du réseau vasculaire des tissus étudiés ».

Derrière ces opérations apparemment simples se cache un défi technique de taille… qui explique pourquoi deux décennies ont été nécessaires pour mettre la technique au point. « Il y a 20 ans, les ordinateurs étaient incapables de traiter en temps réel la quantité d’informations acquises », retrace le chercheur. « Des calculateurs suffisamment puissants sont apparus au début des années 2000 et, en 2009, une start-up française a mis au point le premier échographe ultrarapide ». Mais le laboratoire Inserm souhaitait développer cette technique en 3D. « Le problème était le même : on ne disposait toujours pas des capacités de calcul suffisantes pour ajouter une dimension où il fallait traiter 50 gigaoctets par seconde ! C’est seulement au cours des dernières années que cela a été rendu possible ».

Dans le futur, la microscopie par localisation ultrasonore 3D pourrait bien supplanter le scanner ou l’IRM, « qui ne permettent pas de voir directement les petits vaisseaux, car leur résolution spatiale n’est pas suffisante », constate Mathieu Pernot. Or, la 3D présente un réel intérêt. « C’est en mesurant les flux sanguins dans les petits vaisseaux qu’on pourra mieux diagnostiquer certaines maladies, comme les accidents vasculaires cérébraux, les malformations artérioveineuses, certaines maladies neurologiques ou neurodégénératives, comme Alzheimer. De plus en plus de travaux suggèrent que les petits vaisseaux sont impliqués dans ces pathologies ».

Pour l’instant, cette technique n’est pas accessible. « Aujourd’hui, le matériel est complexe et volumineux, mais nous travaillons à sa miniaturisation, afin qu’il ressemble un jour à un échographe transférable jusqu’au lit du patient », précise le chercheur.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Inserm

Cardiawave, soigner son cœur avec des ultrasons
Lundi, 19/12/2022 - 06:33

La sténose aortique est une maladie qui est causée par une accumulation de calcium empêchant la valve aortique du cœur de s’ouvrir complètement. Aucun traitement autre qu’une chirurgie lourde et le remplacement de la valve par un implant mécanique ou biologique issu du monde animal n’existe pour traiter cette pathologie dégénérative qui s’aggrave plus on avance en âge. L’innovation mise au point par la jeune pousse française Cardiawave consiste à piloter par robotique des faisceaux d’ultrasons en se guidant à l’aide d’une imagerie échographique du cœur. Lors des premiers essais cliniques, la jeune pousse a démontré l’efficacité de ce procédé non invasif.

Issue des travaux des grands laboratoires de recherche médicale et de physique acoustique, cette innovation de rupture reste actuellement sans équivalent dans le monde, nous précise Benjamin Bertrand, cofondateur et président de Cardiawave. « L’origine de la maladie du rétrécissement aortique est liée à un processus dégénératif. Petit à petit la valve naturelle se calcifie et donc se rigidifie. Ce qui l’empêche de s’ouvrir correctement et le sang ne circule plus efficacement dans le corps.

Ce déficit d’irrigation sanguine entraîne une insuffisance cardiaque et peut même déclencher la mort subite des personnes atteintes par cette pathologie », explique le président de Cardiawave. « Cette maladie progressive touche particulièrement les personnes âgées : 2 % des 65 ans, puis 12 % des plus de 75 et évidemment, avec le vieillissement des populations dans les pays occidentaux, cette affection devient un enjeu majeur de santé publique.

Aujourd’hui, on traite des patients qui sont à un stade très sévère de la maladie par chirurgie, mais beaucoup se retrouvent toujours sans solution thérapeutique », ajoute Benjamin Bertrand.

C'est là que Cardiawave intervient : « Notre technologie qui est issue des travaux de recherche de l’Institut Langevin et du Laboratoire physique pour la médecine permet à l’aide d’ondes acoustiques, en particulier des ultrasons, de délivrer une énergie pour ramollir les tissus cardiaques afin que le sang puisse de nouveau oxygéner les organes et irriguer le corps de la personne malade.

L’élaboration de ce dispositif est née de la rencontre entre l’équipe de cardiologie de l’Hôpital européen Georges Pompidou, dirigée par le professeur Emmanuel Messas avec des ingénieurs et des physiciens acousticiens pour développer cette technologie de rupture. Nous sommes en phase d’étude clinique sur l’homme pour démontrer que le traitement par ultrasons est sans danger pour les patients. Ils seront suivis pendant douze mois avant que ce nouveau dispositif médical ne soit autorisé ensuite à être commercialisé », espère le président de Cardiawave.

On estime que deux millions de personnes souffrent de la forme aiguë de la sténose aortique en Europe et aux États-Unis, dont seulement 500 000 bénéficient actuellement d’un remplacement de leur valve défectueuse par chirurgie. Les essais cliniques sur l’homme des dispositifs non invasifs de Cardiawave sont en cours. Ces tests devraient se conclure dans quelques semaines avant d’obtenir l’autorisation de mise sur le marché du dispositif pour équiper la plupart des hôpitaux européens et sans doute, par la suite, ceux du monde entier.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

RFI

Premiers résultats prometteurs pour le vaccin à ARN contre le mélanome
Lundi, 19/12/2022 - 06:27

Les laboratoires américains Moderna et Merck ont annoncé le 14 décembre 2022 des résultats préliminaires positifs pour leur vaccin à ARN messager en cours de développement contre un grave cancer de la peau, le mélanome, qui touche 325 000 personnes chaque année dans le monde.

Les 157 participants à cet essai clinique de phase 2, une fois leurs mélanomes enlevés, ont été séparés en deux groupes pour le traitement postopératoire destiné à éviter la rechute. Un groupe a pris l'anticancéreux de référence, le Keytruda de Merck MSD. L'autre a pris le Keytruda en combinaison avec le candidat-vaccin testé. La prise du vaccin en même temps que le médicament anticancéreux Keytruda a permis de réduire de 44 % le risque de réapparition du cancer ou de décès, comparé aux personnes uniquement traitées avec l'anticancéreux.

Le vaccin contre le mélanome développé est "personnalisé", "conçu et produit à partir de la signature mutationnelle unique identifiée sur la tumeur du patient, explique le communiqué. Lors de l'essai, les patients avaient subi une opération pour retirer la tumeur avant de recevoir le traitement -- jusqu'à neuf doses de vaccin. « Pour la première fois, nous avons démontré le potentiel de l'ARN messager à avoir un impact au cours d'un essai clinique randomisé sur le mélanome », a déclaré dans un communiqué Stéphane Bancel, le patron de Moderna.

Moderna et Pfizer espèrent mettre sur le marché avant la fin de la décennie plusieurs vaccins anti-cancéreux thérapeutiques à ARN qui permettront, en association avec d'autres traitements, de mieux traiter les cancers les plus difficiles à éradiquer...

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

BPD

La cigarette électronique augmenterait la dépendance à la nicotine chez les adolescents
Lundi, 19/12/2022 - 06:23

Des chercheurs du Massachusetts General Hospital for Children de Boston ont étudié le phénomène du vapotage chez les jeunes. Ils affirment que ces appareils engendrent une dépendance plus importante que les cigarettes combustibles et que certains consommateurs ont encore l’âge d’aller à l’école, vapotant dans les cinq minutes qui suivent leur lever le matin.

En effet, certaines cigarettes électroniques constituent une forme de nicotine plus douce et plus agréable au goût, connue sous le nom de “sels de nicotine” ou “nicotine protonée”. « Certaines e-cigarettes modernes utilisent de la nicotine protonée pour rendre la nicotine plus facile à inhaler », commente l'équipe de chercheurs.

« Les premières e-cigarettes ne délivraient pas de nicotine aussi efficacement que les cigarettes car elles délivraient de la nicotine à base libre difficile à inhaler », écrivent les auteurs de l'étude. « Cette situation a changé avec l'introduction en 2015 des produits Juul, qui ont ajouté de l'acide benzoïque à l'e-liquide de nicotine pour abaisser le niveau de pH et former de la nicotine protonée ». Ces résultats reposent sur le suivi de plus de 151.000 élèves de la sixième à la terminale entre 2014 et 2021.

« L'âge du début de la consommation de la cigarette électronique a diminué et l'intensité de l'utilisation et de la dépendance a augmenté entre 2014 et 2021 », rapporte l'équipe. « En 2019, plus d'utilisateurs de cigarettes électroniques consommaient leur produit dans les 5 minutes suivant le réveil par rapport aux consommateurs de cigarettes classiques ».

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

JAMA

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Recherche
Recherche & Innovation, Technologies, Transports
Le premier Airbus zéro émission pourrait être un court moyen-courrier à hélice
Mardi, 20/12/2022 - 06:25

L'avionneur européen Airbus teste le prototype d'un propulseur à pile à combustible, qui transforme l'hydrogène en électricité. Un moteur assez puissant pour un avion de cent places capable de parcourir environ 1 800 kilomètres. Objectif de commercialisation : 2035. Le chemin sera très, très long, un tel appareil ne devant pas être proposé aux compagnies avant le milieu de la décennie 2030. Mais Airbus avance pas à pas sur le chemin qu'il a tracé vers l'avion zéro émission, comme en ont témoigné les annonces de l'avionneur lors de son Airbus Summit. Un avion propulsé grâce à de l'hydrogène, en remplacement du traditionnel kérosène.

Le constructeur européen a levé le voile sur une motorisation inédite, qu'il a développée en interne, avec un partenaire issu de l'automobile, Elring Klinger. Une initiative rare, les fabricants d'avion se fournissant d'ordinaire chez des spécialistes des motorisations, Safran, General Electric et autre Rolls Royce. Il a également présenté des partenariats noués avec d'autres entreprises du secteur pour l'accompagner. ArianeGroup a été choisi pour « fournir l’infrastructure de ravitaillement des avions en hydrogène liquide » durant la phase de développement des prototypes, une technologie que l'acteur spatial maîtrise parfaitement pour en avoir besoin sur ses lanceurs.

Airbus s'associe également sur cette question du carburant avec HyPort, la coentreprise créée par la Région Occitanie et Engie, pour le développement de la filière hydrogène en Occitanie. HyPort construit à l'aéroport de Toulouse Blagnac une station de production et de distribution d'hydrogène pour les véhicules, qui sera mise en service en 2023. D'une capacité de 400 kg, elle doit pouvoir alimenter quotidiennement une cinquantaine de bus (navettes aéroportuaires), de taxis et autres véhicules de livraison, voire des engins de piste. Pour disposer d'hydrogène pour ses avions, Airbus se rapproche d'HyPort et accompagnera "le développement" de cette station, HyPort qui devra en outre « faire face à l'augmentation attendue de la demande en hydrogène dans les années à venir », dans les aéroports.

Mais la plus importante annonce est ce moteur à hélice qui sera testé à partir de 2025 sur un A380, une machine d'essais à laquelle seront greffés un cinquième propulseur, sur le flanc gauche du fuselage, des réservoirs d'hydrogène liquide et un système de distribution.

Airbus a retenu la technologie de la pile à combustible qui convertit l'hydrogène en électricité entraînant l'hélice du propulseur. « L'hydrogène gazeux pénètre dans la pile à combustible à l'intérieur de la nacelle, où les molécules de dioxygène (O2) sont également fournies par un flux d'air contrôlé - prélevé dans l'atmosphère environnante. La réaction qui en résulte à l'intérieur de la pile à combustible produit un courant électrique continu (DC) qui est ensuite converti en courant alternatif ».

« À grande échelle, et si les objectifs technologiques étaient atteints, les moteurs à pile à combustible pourraient être capables d'alimenter un avion d'une centaine de passagers avec une autonomie d'environ 1 000 milles marins », envisage Glenn Llewellyn, le vice-président de l'avionneur en charge des projets zéro émission. Soit un appareil plus petit que les moyen-courriers actuels type B737 ou A320, plus proche de l'A220, capable de couvrir une distance d'environ 1 800 kilomètres et qui n'émettrait que de la chaleur et de l'eau - sous réserve que l'hydrogène consommé ait été produit vertueusement -, aucun NOX ou CO2.

Pour l'heure, Airbus n'a présenté que des images de synthèse d'intégration sur l'A380 d'essai. Mais un prototype a été développé, assemblé, il est testé dans un centre d'innovation de l'avionneur, à Hambourg. Une première phase : « Même si ces tests progressent, les équipes conçoivent et développent également la prochaine génération de piles à combustible et de systèmes. Ceux-ci seront plus compacts et plus puissants, ce qui conduira à une version qui pourra voler sur le démonstrateur », a expliqué Hauke Peer Lüdders, en charge du programme, dans les récentes communications de l'industriel. Ce devrait être dans moins de trois ans.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Midi Libre

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