La miniaturisation incroyable du laboratoire ou le « Lab on a chip »

Un lab-on-a-chip concentre les pipettes, les béchers, et autres éprouvettes d’un laboratoire de chimie moderne sur une plaquette de verre ou de silicium de la taille d’une puce

Quand un médecin veut vous soumettre à un test sanguin, il va probablement vous piquer avec une aiguille, remplir plusieurs tubes à essai de votre sang, étiqueter, emballer et envoyer les échantillons dans plusieurs laboratoires de l’hôpital central. Les techniciens prendront ensuite le contenu, effectueront les diverses analyses biochimiques nécessaires, rédigeront les résultats et renverront un rapport d’analyses sous quelques semaines, peut-être plus si contretemps.

Le processus est lent et laborieux. Et si vous pouviez réduire toute l’affaire à quelques minutes? Et si, pour la majorité des maladies ou des questions, seul le médecin avait besoin d’une goutte de votre sang et pourrait-vous tester pour toutes sortes de virus ou de cancers le temps de votre consultation? Avec un lab-on-a-chip, c’est déjà possible.

Les tests rapides ne sont pas une idée nouvelle – les tests de grossesse peuvent être faits à la maison et les diabétiques peuvent rapidement et facilement mesurer leurs niveaux de sucre dans le sang en utilisant seulement une goutte de sang – mais les diagnostics complexes ont encore besoin de laboratoires et des techniciens.

«Avec un lab-on-a-chip, vous pouvez faire un test de diagnostic rapide et obtenir de l’inforamtion immédiatement, ce qui est très utile quand quelqu’un a une maladie « urgente à traiter», explique Mark Morrison, directeur général de l’ Institut de nanotechnologie à Stirling, Royaume-Uni. « Cela permet effectivement de miniaturiser et compacter tous les différents processus utilisés par un chercheur ou un technicien au laboratoire pour établir un diagnostic. »

Le lab-on-a-chip miniaturise les pipettes, les béchers, les éprouvettes d’un laboratoire de chimie moderne sur une plaquette de verre ou de plastique de la taille d’une puce . Peut-être que vous voulez savoir quels sont les virus dans un échantillon de sang? Ou, sur un champ de bataille, quel agent de guerre biologique est présent dans le sang d’un soldat? Posez une goutte de sang à une extrémité du lab-on-a-chip et les canaux soigneusement taillés prendront ses molécules constitutives et le feront passer au travers d’un circuit de taille nanométrique de tests chimiques et physiques qui les caractériseront pour tenter de répondre à votre question, aussi compliquée soit-elle. Une puce développée par l’Université de l’Alberta, par exemple, peuvent dépister les mutations chromosomiques qui provoquent une certaine gamme de cancers.

La plate-forme intègre la nanotechnologie , la biotechnologie et la microélectronique. Et ce n’est pas spécifique à la médecine – des développement sont en cours pour le suivi environnemental des polluants et, de plus en plus, dans la recherche scientifique fondamentale pour accélérer les aspects parfois fastidieuses de l’examen de gènes ou pour tester les propriétés de nouveaux matériaux.

Professeur Tom Duke du « London Centre for Nantechnology » a travaillé sur une puce qui peut détecter si un échantillon de sang contient ou non le VIH. Les tests actuels exigent des essais dans des laboratoires nécessitant des cliniciens hautement qualifiés, ce qui est un obstacle si vous voulez tester des gens dans les pays pauvres où la maladie sévit.

La puce de Duke simplifie donc ce processus en utilisant un capteur qui ne nécessite qu’une goutte de sang à une extrémité. Le sang est séparé dans le capteur selon ses constituants par un ensemble de piliers de silicium de taille nanométrique et les plus grands constituants – comme les cellules sanguines et les grosses protéines – sont pris au piège. Des particules virales passent entre les piliers vers l’autre extrémité de la sonde, là où ils sont attirés par une série de petites consoles recouvertes d’anticorps.
Ce sont, en substance, comme des mini-tremplins qui se plient à terre quand quelque chose passe sur eux, et que la déviation ainsi générée peut être mesurée par un laser qui rejaillit hors d’eux. Plus les tremplins sont déviés, plus le virus est présent. «Cette plate-forme peut être utilisée pour à peu près n’importe quelle maladie virale ou bactérienne,» dit le professeur Duke.

Il y a plusieurs avantages à l’approche lab-on-a-chip, au-delà de la commodité d’être en mesure de tester sur le terrain. L’échantillon d’essai nécessaire est beaucoup plus faible en raison de la sensibilité de la puce, ce qui est utile si vous avez besoin de mesurer les gaz à l’état de traces dans l’atmosphère ou les tout premiers stades d’une maladie lorsque les marqueurs chimiques dans le sang sont faibles en nombre et seraient probablement non décelés par les tests standards.

« Potentiellement, vous pouvez détecter la présence, par exemple, de cancer ou de diabète à un stade beaucoup plus précoce, puis la traiter plus efficacement», explique Morrison.
«Si vous traitez la maladie plus tôt, vous avez une bien meilleure chance de succès. »

La puce Simba, conçu par une équipe de chercheurs dirigée par Ivan Dimov à l’Université de Californie, Berkeley, peut détecter une composante biologique dans le sang à une concentration d’environ 1 partie pour 40 milliards de dollars. « Cela peut être considéré comme à peu près la recherche d’un grain de sable dans un tas de sable de 1700 gallons, » dit Dimov. La puce autonome peut obtenir des résultats à partir d’une goutte de sang en 10 minutes, sans aucune nécessité de pompes externes, ni de tubes d’alimentation en électricité.

Les chercheurs intéressés par la physiologie de base trouvent également un intérêt dans l’utilisation ces mini-laboratoires sophistiqués. Les scientifiques de l’Université de Harvard ont créé un poumon sur une puce qui contient plusieurs types de tissus et peuvent être utilisés dans des expériences pour comprendre le fonctionnement de base. Ils peuvent simuler le sang circulant, introduire des polluants et des toxines de voir comment les « poumons » réagissent et même étirer et faire se contracter les cellules pour simuler la respiration.

Cette technologie progressera sans doute très vite, sera de moins en moins chère et de plus en plus utilisée. Mais la progression de cette innovation soulèvera sûrement des questions éthiques, au regard de certains de ses aspects techniques. Le point plus important, est alors qu’elle en est encore qu’à ses débuts et encore relativement peu coûteuse, qui y a accès? Et, puisque la plupart des appareils seront utilisés pour tester la sensibilité d’un individu à certaines maladies génétiques, une autre question est de savoir qui devrait être en mesure d’accéder à cette information? «En tant que scientifique, je dirais que tout le monde mériterait d’être testé pour chaque maladie, car vous saurez alors qui va développer quelque chose et vous pourrez les traiter dès le début», dit Morrison. « Mais ce n’est peut-être là qu’un point de vue utopiste »

L’alternative dystopique est de s’en servir par précaution plutôt que de subir la fatalité et, en tout état de cause, les débats autour de l’accès futur aux données génétiques et médicales sont déjà en cours, grâce à une amélioration rapide d’un arsenal de capteurs médicaux et environnementaux. Les laboratoires miniatures sur des puces de silicium et de verre sont un autre outil précieux dans l’arsenal.

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A propos Nathalie Piriou-Deslandes

Bonjour à tous, Ingénieur chimiste, depuis plus de 20 ans, dans diverses industries, je souhaite aujourd'hui, au travers de ce blog, partager mes sujets de prédilection ou simplement des idées nouvelles qui s'offrent à nous pour ouvrir des voies enthousiastes vers un avenir enfin plus ouvert à tous. Tant du point de vue de l'innovation technologique que de l'instauration de modes de management beaucoup plus participatifs, j'essaye de collecter ici des articles, des sites, des blogs de tous ces acteurs du changement qui montrent qu'il est possible de penser autrement et positivement notre monde de demain. Bienvenue sur ce blog. Merci de vous y attarder avec intérêt, je l'espère, et de me faire part de vos commentaires ... Hello everybody, For more than 20 years, I exercise my job of chemical engineer in different industries. And today, through this blog, I wish simply to share my favorite topics or new ideas which come to light and can open enthusiastic pathways towards a future finally more fruitful for all. Both from the point of view of the technological innovation and implementation of more participative models of management, I try to collect here articles, sites, blogs of all these actors of the Change who show us that it is really possible to think differently and mostly positively our tomorrow world. Welcome to this blog. Thank you for passing by there with interest, (I hope), and don’t hesitate to pass on me any reactions and/or any questions …
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