Paris, 25 janvier 2012

Nano-médecine : des vésicules polymères emboîtées les unes dans les autres miment la structure cellulaire
En nano-médecine, les principaux enjeux sont de maîtriser la synthèse de vecteurs extrêmement petits contenant un ou plusieurs principes actifs, et de les libérer au moment voulu, à l'endroit souhaité, sous une forme et à une dose contrôlées. Des chercheurs du Laboratoire de chimie des polymères organiques (CNRS / Université Bordeaux 1 / Institut polytechnique de Bordeaux) viennent de parvenir à encapsuler des nano-vésicules dans une vésicule un peu plus grande. De telles structures emboîtées miment l'organisation en compartiments d'une cellule. La reproduire est une première étape majeure avant de pouvoir y déclencher des réactions de façon contrôlée. Ces travaux ouvrent d'ores et déjà des perspectives inédites en termes d'encapsulation multiple, de réacteurs compartimentés et de vecteurs administrés par de nouvelles voies de délivrance (absorption orale par exemple). Ces résultats font l'objet d'une publication le 27 janvier 2012 dans Angewandte Chemie International Edition.
Les principaux nano-vecteurs de médicaments étudiés à ce jour sont des vésicules lipidiques ou « liposomes ». Leurs analogues à base de polymères ou « polymersomes » ont été découverts il y a une dizaine d'années. Ils présentent plusieurs avantages : plus stables et plus imperméables que les liposomes, ils s'avèrent plus facilement « fonctionnalisables et modulables » (il est possible par exemple de synthétiser un polymère thermosensible ou bien capable de reconnaître certaines cellules, notamment tumorales). L'équipe coordonnée par Sébastien Lecommandoux conçoit depuis 10 ans des polymersomes « intelligents » à base de polypeptides dont les propriétés et structures sont analogues à celles des virus.

Pour aller plus loin dans le mimétisme et l'inspiration biologique, une étape devait être franchie : encapsuler ces polymersomes les uns dans les autres. Ce cloisonnement permet de mimer la structure d'une cellule, elle-même constituée de compartiments (des petites organelles1 internes, sièges de milliers d'interactions et de réactions quotidiennes) et d'un cytoplasme viscoélastique, lui conférant entre autres une certaine stabilité mécanique. Mais, former de manière contrôlée des polymersomes emboités les uns dans les autres s'avère complexe.

Les chercheurs sont parvenus à cette prouesse en utilisant une méthode d'émulsion/centrifugation originale, simple d'utilisation, peu coûteuse en temps et en produits, et surtout très efficace. Par imagerie, ils ont ensuite mis en évidence, à l'aide de marqueurs fluorescents, la formation d'une structure « emboîtée »  de  polymersomes dans un autre. Maîtriser cette compartimentation permet désormais d'envisager l'encapsulation de multiples composés (dans les multiples polymersomes internes) au sein d'un même vecteur. C'est ce qu'ont démontré les chercheurs dans un second temps : ils ont encapsulé deux populations de polymersomes internes différents dans un polymersome unique plus grand. Au vu de leurs résultats, il est envisageable d'incorporer un nombre de vésicules distinctes beaucoup plus important. Cette capacité s'avère très intéressante pour la vectorisation combinatoire, en oncologie par exemple, où la faculté de pouvoir délivrer des composés actifs (parfois incompatibles) au sein d'un même vecteur est recherchée.

Ces structures originales pourraient par ailleurs être utilisées en tant que réacteurs compartimentés, en catalyse ou dans le domaine biomédical. Les chercheurs sont parvenus à encapsuler trois molécules fluorescentes différentes2 (utilisées comme « molécules modèles » de principes actifs) dans les trois compartiments différents que recèlent ces structures, à savoir la membrane du polymersome externe, la cavité aqueuse du polymersome externe et la membrane des polymersomes internes3. On pourrait donc envisager d'encapsuler des réactifs différents dans différents compartiments des polymersomes ou bien de contrôler le déclenchement de réactions différentes, en cascade dans ces polymersomes.

Outre une meilleure protection des principes actifs encapsulés, l'autre intérêt de cette « mise en boite » réside dans un meilleur contrôle, une modulation plus fine des propriétés de perméabilité des vésicules. Les chercheurs ont modélisé cela via une expérience de libération in vitro d'un agent anticancéreux, la doxorubicine (DOX), incorporé dans les polymersomes internes. La DOX est effectivement libérée plus vite (environ deux fois) lorsqu'elle est intégrée dans des nanopolymersomes classiques, que lorsque ceux-ci sont eux-mêmes encapsulés dans des polymersomes externes.

A ce jour, les chercheurs sont les premiers à présenter ce type d'encapsulation multiple et contrôlée dans des vésicules compartimentées, en particulier polymères, contenant également un mime du cytosquelette : ainsi, la structure cellulaire complète est reproduite4. Prochaine étape : parvenir à utiliser cette « mise en boîte » pour effectuer des réactions chimiques contrôlées sur des volumes de l'ordre de l'attolitre (10-18 litre) dans un milieu confiné.

DOCUMENT         CNRS         LIEN

Paris, 7 septembre 2012

Observer en temps réel la réparation d'une seule molécule d'ADN
L'ADN est sans cesse endommagé par des agents environnementaux tels que les rayons ultra-violets ou certaines molécules de la fumée de cigarette. Sans arrêt, les cellules mettent en œuvre des mécanismes de réparation de cet ADN d'une efficacité redoutable. Une équipe de l'Institut Jacques Monod (CNRS/Université Paris Diderot), en collaboration avec des chercheurs des universités de Bristol en Angleterre et Rockefeller aux Etats-Unis, est parvenue à suivre en direct, pour la première fois, les étapes initiales de l'un de ces systèmes de réparation de l'ADN encore peu connu. Grâce à une technique inédite appliquée à une molécule unique d'ADN sur un modèle bactérien, les chercheurs ont compris comment plusieurs acteurs interagissent pour réparer l'ADN avec une grande fiabilité. Publiés dans Nature le 9 septembre 2012, leurs travaux visent à mieux comprendre l'apparition de cancers et comment ils deviennent résistants aux chimiothérapies.
Les rayons ultra-violets, la fumée de tabac ou encore les benzopyrènes contenus dans la viande trop cuite provoquent des altérations au niveau de l'ADN de nos cellules qui peuvent conduire à l'apparition de cancers. Ces agents environnementaux détériorent la structure même de l'ADN, entraînant notamment des dégâts dits « encombrants » (comme la formation de ponts chimiques entre les bases de l'ADN). Pour identifier et réparer ce type de dégâts, la cellule dispose de plusieurs systèmes, comme la « réparation transcriptionellement-couplée » (ou TCR pour Transcription-coupled repair system) dont le mécanisme d'action complexe reste encore aujourd'hui peu connu. Des anomalies dans ce mécanisme TCR, qui permet une surveillance permanente du génome, sont à l'origine de certaines maladies héréditaires comme le Xeroderma pigmentosum qui touche les « enfants de la Lune », hypersensibles aux rayons ultra-violets du Soleil.

Pour la première fois, une équipe de l'Institut Jacques Monod (CNRS/Université Paris Diderot), en collaboration avec des chercheurs des universités de Bristol en Angleterre et Rockefeller aux Etats-Unis, a réussi à observer les étapes initiales du mécanisme de réparation TCR sur un modèle bactérien. Pour y parvenir, les chercheurs ont employé une technique inédite de nanomanipulation de molécule individuelle(1) qui leur a permis de détecter et suivre en temps réel les interactions entre les molécules en jeu sur une seule molécule d'ADN endommagée. Ils ont élucidé les interactions entre les différents acteurs dans les premières étapes de ce processus TCR. Une première protéine, l'ARN polymérase(2), parcourt normalement l'ADN sans encombre mais se trouve bloquée lorsqu'elle rencontre un dégât encombrant, (tel un train immobilisé sur les rails par une chute de pierres). Une deuxième protéine, Mfd, se fixe à l'ARN polymérase bloquée et la chasse du rail endommagé afin de pouvoir ensuite y diriger les autres protéines de réparation nécessaires à la réparation du dégât. Les mesures de vitesses de réaction ont permis de constater que Mfd agit particulièrement lentement sur l'ARN polymérase : elle fait bouger la polymérase en une vingtaine de secondes. De plus, Mfd déplace bien l'ARN polymérase bloquée mais  reste elle-même ensuite associée à l'ADN pendant des temps longs (de l'ordre de cinq minutes), lui permettant de coordonner l'arrivée d'autres protéines de réparation au site lésé.

Si les chercheurs ont expliqué comment ce système parvient à une fiabilité de presque 100%, une meilleure compréhension de ces processus de réparation est par ailleurs essentielle pour savoir comment apparaissent les cancers et comment ils deviennent résistants aux chimiothérapies.

DOCUMENT            CNRS           LIEN

Paris, 08 novembre 2012

Un nouveau concept de capteur pour détecter des molécules d'intérêt médical et agroalimentaire
L'agroalimentaire et la médecine sont toujours à la recherche de méthodes plus efficaces pour détecter des biomolécules. Pour répondre à ces besoins, un nouveau concept de capteurs miniaturisés vient d'être mis au point par des chercheurs du LAAS-CNRS et de l'Université Toulouse III - Paul Sabatier, en collaboration avec la société HEMODIA spécialisée dans le développement de dispositifs médicaux. Ces capteurs peuvent mesurer dans une solution la concentration d'une gamme de molécules telles que le glucose, le lactate ou le glutamate pouvant servir à établir des diagnostics médicaux ou présentant un intérêt pour l'industrie agroalimentaire. Ce dispositif, appelé ElecFET, associe, pour la première fois, un microcapteur d'acidité et une microélectrode métallique présentant sur sa surface une enzyme spécifique à la molécule recherchée. L'avancée technologique est liée à l'imbrication de ces deux composants à l'échelle micrométrique sur une puce électronique en silicium. Ces travaux sont publiés le 08 novembre 2012 dans la revue Biosensors & Bioelectronics.
L'ElecFET (transistor électrochimique à effet de champ) repose sur une réaction chimique entre la biomolécule recherchée et une enzyme de la famille des oxydases capable de la dégrader. La surface de la microélectrode du dispositif présente une couche enzymatique spécifique de la molécule recherchée. Lorsque la molécule s'approche de l'électrode, l'enzyme la capture et la dégrade. Cette réaction produit du peroxyde d'hydrogène, mieux connu sous le nom d'eau oxygénée (H2O2). Le peroxyde est alors oxydé sur l'électrode grâce à une polarisation électrique adaptée, ce qui libère des ions hydroniums H3O+ et entraine une augmentation de l'acidité au voisinage de l'électrode. C'est ce pic d'acidité que le microcapteur de pH associé au dispositif détecte. Ainsi, en fonction de la chute de pH mesurée, l'ElecFET détermine la concentration de la molécule étudiée.

Au-delà du concept innovateur, l'ElecFET constitue une avancée technologique car elle permet, dans un volume extrêmement restreint (inférieur au microlitre), de dégrader la molécule recherchée, de contrôler l'oxydation du peroxyde ainsi produit et de mesurer la variation locale de pH associée. En cela, il est nécessaire que l'imbrication de l'électrode et du capteur pH se fasse à l'échelle micrométrique. Ces deux composants sont finalement intégrés sur une puce silicium, ce qui rend le dispositif compatible avec les technologies de la microélectronique.

L'ElecFET permet de détecter des molécules dans différentes gammes de concentration qui vont de la micromole à la mole par litre (1). L'avantage de ce système par rapport aux technologies actuelles est lié au contrôle potentiel de la réaction: en modifiant la polarisation de la microélectrode, il est possible de changer la gamme de détection du dispositif, et de pallier ainsi à une possible trop faible activité de l'enzyme utilisé. Testé par les chercheurs pour la détection du glucose, du lactate et du glutamate, le dispositif ElecFET a démontré une précision de mesure comparable à celle des technologies actuelles.

De nombreuses applications en médecine et dans l'agroalimentaire sont envisageables avec l'ElecFET. Par exemple, connaître la concentration en glucose dans le sang, ce qui est vital pour les patients diabétiques. Le lactate, que l'on retrouve dans la sueur, est un marqueur du stress physiologique qui décrit, par exemple, l'état de fatigue d'un sportif. Le glutamate est un neurotransmetteur excitateur du système nerveux central dont l'analyse en continu est nécessaire pour le diagnostic de différents désordres neurologiques tels que la maladie d'Alzheimer. Sur le plan de l'agroalimentaire, le lactate est un marqueur de tous les procédés basés sur la fermentation lactique, tandis que le glutamate est un vecteur du goût umami (2). L'éventail de molécules détectées par l'ElecFET pourrait finalement être élargi à l'ensemble des enzymes de la famille des oxydases, ouvrant de nombreuses potentialités d'application.

DOCUMENT                CNRS                LIEN    

DOCUMENT          CNRS           LIEN

Paris,  19  JUILLET  2012

Chez les patients atteint d'une SEP à un stade précoce, l'IRM du sodium a révélé des concentrations anormalement élevées de sodium dans quelques régions cérébrales spécifiques, comprenant le tronc cérébral, le cervelet et le pôle temporal. Chez les patients à un stade

plus avancé, l'accumulation anormalement élevée de sodium était présente de manière diffuse sur l'ensemble du cerveau, y compris dans les régions cérébrales non démyélinisées. « Les concentrations de sodium dans la substance grise des zones fonctionnelles motrices sont ainsi corrélées à l'ampleur de l'invalidité du patient », souligne Wafaa Zaaraoui.
   
« L'IRM du sodium nous ouvre une voie pour mieux comprendre l'évolution de la maladie et détecter l'apparition de l'atteinte neuro-axonale responsable du handicap chez les patients. Des études à plus large échelle nous permettront de confirmer que ce paramètre est un biomarqueur non invasif de la dégénérescence des neurones. Il pourrait alors être utilisé dans l'évaluation de nouvelles thérapeutiques pour traiter la sclérose en plaques », conclut Jean-Philippe Ranjeva.

Paris, 19 JUILLET 2012

Sclérose en plaques : une accumulation anormale de sodium dans le cerveau mesurée par IRM du sodium témoigne de l'évolution de la maladie
Des chercheurs français du Centre de résonance magnétique biologique et médicale (CRMBM, CNRS/Aix Marseille Université/Assistance Publique-Hôpitaux de Marseille) ont mis en évidence, en collaboration avec le CHU de La Timone à Marseille, le CEMEREM (1) et une équipe allemande (Mannheim), une accumulation anormale de sodium dans le cerveau de patients atteints de sclérose en plaques pouvant refléter la dégénérescence des cellules nerveuses. Cette étude a été réalisée in vivo grâce à une méthode originale d'imagerie par résonance magnétique (IRM) permettant de cartographier la distribution en sodium dans le cerveau humain (2). Elle est publiée en ligne le 18 juillet 2012 dans le journal Radiology.
Chez les patients atteints de sclérose en plaques (SEP), le système immunitaire du corps s'attaque à la gaine protectrice (appelée myéline) qui entoure les axones des neurones dans le cerveau et la moelle épinière. L'atteinte de l'intégrité de cette gaine affecte la capacité de ces neurones à transmettre l'information nerveuse, ce qui provoque des troubles neurologiques et physiques pouvant être réversibles en fonction de la réparation partielle ou totale survenant après la période d'inflammation. Cependant l'atteinte neuro-axonale est difficile à évaluer alors même qu'elle est associée au déficit clinique irréversible observé lors des stades plus avancés de la maladie. Le type et la gravité des symptômes observés dans la SEP, ainsi que la progression de la maladie, varient également d'un patient à l'autre.

« Un défi majeur dans la sclérose en plaques est d'obtenir des marqueurs pronostiques de la progression de la maladie », souligne Patrick Cozzone, professeur de biophysique à la Faculté de Médecine de Marseille (Aix Marseille Université), et directeur émérite du Centre de résonance magnétique biologique et médicale (CRMBM, CNRS/AMU/AP-HM). « Nous avons collaboré pendant deux ans avec des chimistes, des physiciens et des cliniciens pour développer des techniques d'IRM du sodium (23Na) et pouvoir les appliquer à l'exploration de patients atteints de SEP », a déclaré l'auteur principal Wafaa Zaaraoui, chargée de recherche au CNRS. Cette technique d'imagerie permet aujourd'hui d'accéder aux concentrations cérébrales de sodium, un agent majeur du fonctionnement cellulaire.  Le sodium joue en effet un rôle primordial dans les processus de dégénérescence de l'axone, qui constitue la fibre nerveuse du neurone. D'où l'idée pour les scientifiques de s'intéresser à cet atome.

L'équipe de Jean-Philippe Ranjeva, professeur de neurosciences au CRMBM, en collaboration avec les équipes du professeur Lothar Schad, physicien à Mannheim (Heidelberg University, Allemagne) et du professeur Jean Pelletier (3), neurologue (APHM, CHU Timone, Marseille), a réalisé des explorations par IRM du sodium pour étudier la forme la plus commune de sclérose en plaques (poussée-rémission) dans laquelle des déficits cliniques clairement définis sont suivis par des périodes de récupération. Ce travail a été effectué sur un imageur équipant le CEMEREM (CNRS/AMU/AP-HM, CHU Timone, Marseille)