Paris, 11 décembre 2013

Une méthode révolutionnaire pour coller les gels et même les tissus biologiques

Des chercheurs viennent de découvrir une méthode efficace et facile à mettre en œuvre pour coller des gels et des tissus biologiques. Une équipe dirigée par Ludwik Leibler réunissant des chercheurs du laboratoire Matière molle et chimie (CNRS/ESPCI ParisTech) et du laboratoire Physico-chimie des polymères et milieux dispersés (CNRS/ UPMC/ESPCI ParisTech) a obtenu une adhésion très résistante entre deux gels en étalant sur leur surface une solution contenant des nanoparticules. Jusqu'à présent il n'existait aucune méthode entièrement satisfaisante pour obtenir l'adhésion entre deux gels ou deux tissus biologiques. Publiés en ligne sur le site de Nature le 11 décembre 2013, ces travaux pourraient ouvrir la voie à de très nombreuses applications médicales et industrielles.
Les gels sont des matériaux essentiellement composés d'un liquide, de l'eau par exemple, pris dans un réseau moléculaire qui leur confère leur solidité. Les exemples de gels dans la vie de tous les jours sont nombreux : la gélatine des desserts, la gelée de groseilles, les lentilles de contact ou encore la partie absorbante des couches-culottes. Les tissus biologiques comme la peau, les muscles ou les organes présentent de fortes similarités avec les gels. Jusqu'à présent, coller ces matériaux remplis de liquide, mous et glissants, à l'aide d'adhésifs habituels composés de polymères restait une gageure.  

Ludwik Leibler1  est reconnu pour l'invention de matériaux complétement originaux en combinant un intérêt industriel réel et une réflexion théorique profonde. Les travaux qu'il a menés en collaboration avec Alba Marcellan et leurs collègues, du laboratoire Matière molle et chimie (CNRS/ESPCI ParisTech) et du laboratoire Physico-chimie des polymères et milieux dispersés (CNRS/ UPMC/ESPCI ParisTech), ont abouti à un concept inédit : coller des gels en étalant sur leur surface une solution de nanoparticules.

Le principe est le suivant : les nanoparticules de la solution se lient au réseau moléculaire du gel, phénomène appelé adsorption, et, dans le même temps, le réseau moléculaire lie les particules entre elles. Les nanoparticules établissent ainsi d'innombrables connexions entre les deux gels. Le processus d'adhésion ne prend que quelques secondes. Cette méthode est réalisée sans ajout de polymères et elle n'implique pas de réaction chimique.

Une solution aqueuse de nanoparticules de silice, un composé facilement disponible et largement utilisé dans l'industrie, notamment comme additif alimentaire, permet de coller tous types de gels même lorsque ceux-ci n'ont pas la même consistance ou les mêmes propriétés mécaniques. Outre la rapidité et la simplicité de la mise en œuvre, l'adhésion apportée par les nanoparticules est forte, la jonction résistant souvent mieux à la déformation que le gel lui-même. En outre, l'adhésion offre une très bonne résistance à l'immersion dans l'eau. Elle est aussi autoréparable : ainsi deux morceaux décollés peuvent être recollés et repositionnés sans ajout de nanoparticules. Les nanoparticules de silice ne sont pas les seules ayant ces propriétés. Les chercheurs sont parvenus à des résultats similaires en utilisant des nanocristaux de cellulose et des nanotubes de carbone.
Enfin, pour illustrer le potentiel de cette découverte dans le domaine des tissus biologiques, les chercheurs ont recollé efficacement deux morceaux de foie de veau préalablement coupés au scalpel en utilisant une solution de nanoparticules de silice.
 
Cette découverte ouvre de nouveaux champs de recherches et d'applications, notamment dans le domaine médical et vétérinaire, et en particulier en chirurgie et en médecine régénératrice. Il est par exemple envisageable de recoller par cette méthode la peau ou des organes ayant subi une incision ou une lésion profonde. Cette méthode pourrait en outre intéresser les industries agroalimentaires, cosmétiques et les fabricants de prothèses et de dispositifs médicaux (pansements, patchs, hydrogels…).

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Paris, 29 janvier 2014

Décrypter certains fossiles grâce aux terres rares

Il était jusqu'à présent très difficile de lire les fossiles « plats ». Une nouvelle approche permettant d'analyser de tels fossiles vient d'être mise au point par une équipe réunissant des chercheurs de l'unité Ipanema (CNRS / ministère de la Culture et de la Communication), du Centre de recherche sur la paléobiodiversité et les paléoenvironnements (CNRS / MNHN / UPMC) et du synchrotron SOLEIL. Cette méthode non destructrice s'appuie sur des éléments chimiques appelés terres rares : les localiser et les quantifier à l'état de traces suffit pour mieux décrypter la morphologie des fossiles. Les chercheurs ont ainsi pu décrire l'anatomie, mais aussi l'environnement à l'origine de la préservation de trois fossiles datant du Crétacé. Publiés le 29 janvier 2014 dans la revue Plos One, ces travaux devraient faciliter l'analyse des nombreux fossiles « plats », tout particulièrement ceux « à conservation exceptionnelle ».
Lors du processus de fossilisation les restes d'animaux ou de plantes sont souvent aplatis, comprimés en deux dimensions par la pression des roches, ce qui constitue parfois un réel obstacle à l'étude de ces fossiles. Autre difficulté : ces fossiles écrasés subissent des modifications physicochimiques au cours de leur fossilisation, compliquant leur lecture. Or, ces fossiles peuvent receler des informations inestimables. En particulier, quand l'anatomie y est bien conservée (on parle alors de fossiles « à conservation exceptionnelle »), des tissus « mous », tels les muscles, sont alors fossilisés. Mais localiser ces tissus reste particulièrement difficile du fait du contraste limité atteint en microscopie optique et des limites de la tomographie1, techniques aujourd'hui couramment utilisées pour étudier les fossiles.

Des chercheurs du CNRS, du MNHN et du synchrotron SOLEIL ont imaginé et mis au point une nouvelle approche non destructrice : elle repose sur la localisation de terres rares. Ces éléments chimiques (yttrium, lanthanides) sont connus pour être contenus à l'état de traces dans les fossiles, typiquement de 1 à 1000 microgrammes par gramme de matière. Or, selon le type de tissu, les quantités d'éléments traces incorporées lors de la fossilisation diffèrent. Cette fixation préférentielle permet de discriminer les parties anatomiques d'un fossile. Elle se matérialise par un contraste important des différents éléments chimiques selon les types de tissus du fossile lorsque celui-ci est caractérisé par imagerie de fluorescence X rapide sous rayonnement synchrotron2. Pour accélérer l'analyse, l'équipe a proposé une méthode rapide de différenciation des tissus, fondée sur la nature probabiliste des données mesurées.

Les scientifiques ont appliqué cette approche à trois fossiles (deux poissons et une crevette) découverts au Maroc et datant du Crétacé supérieur, il y a environ 100 millions d'années. Les contrastes ainsi mis en évidence permettent de distinguer les « tissus durs » (os ou carapaces) des « tissus mous » (muscles ou autres organes fossilisés). Ils ont notamment permis de révéler des particularités anatomiques, jusqu'ici cachées, d'un poisson fossile connu par un unique spécimen, dont l'un des os du crâne a pris la forme d'une large lame dentée.

Cette nouvelle approche permet de visualiser en détail et avec précision l'anatomie d'un fossile sans le dénaturer et sans avoir besoin de préparer finement l'échantillon au préalable. Elle est particulièrement adaptée aux fossiles aplatis étant donné que les rayons X pénètrent quelques fractions de millimètres à l'intérieur du fossile. Cette technique a également révélé certains os cachés sous une fine couche de roche, permettant ainsi leur visualisation directe. Elle a permis par exemple de visualiser certains appendices cachés d'une crevette fossile, tels que les pattes ou les antennes, qui portent des informations importantes pour étudier ses relations de parenté avec les autres crevettes. Par ailleurs, les teneurs en terres rares reflètent l'environnement dans lequel un fossile est préservé : la connectivité aux réseaux d'eau environnants, les conditions physico-chimiques locales et les propriétés des phases minérales constituant les fossiles, qui peuvent ainsi être mieux décrites.

Ces travaux devraient donc faciliter l'interprétation des fossiles « plats » très fréquents dans le registre fossile. Ils ouvrent de nouvelles perspectives pour les études paléoenvironnementales mais également pour mieux comprendre les processus de fossilisation à long terme.

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MACHINES ET MOTEURS MOLÉCULAIRES : DE LA BIOLOGIE AU MOLÉCULES DE SYNTHÈSE

De nombreux processus biologiques essentiels font intervenir des moteurs moléculaires (naturels). Ces moteurs sont constitués de protéines dont la mise en mouvement, le plus souvent déclenchée par l'hydrolyse d'ATP (le "fioul" biologique), correspond à une fonction précise et importante. Parmi les exemples les plus spectaculaires, nous pouvons citer l'ATPsynthase, véritable moteur rotatif responsable de la fabrication de l'ATP. Pour le chimiste de synthèse, l'élaboration de molécules totalement artificielles, dont le comportement rappelle celui des systèmes biologiques, est un défi formidable. L'élaboration de "machines" et "moteurs" moléculaires de synthèse représente un domaine particulièrement actif, qui a vu le jour il y a environ une douzaine d'années. Ces machines sont des objets nanométriques pour lesquels il est possible de mettre en mouvement une partie du composé ou de l'assemblée moléculaire considérée, par l'intervention d'un signal envoyé de l'extérieur, alors que d'autres parties sont immobiles. Si une source d'énergie alimente le système de manière continue, et qu'un mouvement périodique en résulte, l'assemblée moléculaire en mouvement pourra être considérée comme un "moteur". D'ores et déjà, certaines équipes de chimiste ont pu fabriquer des moteurs rotatifs minuscules, des moteurs linéaires mis en mouvement par un signal électronique ou des "muscles" moléculaires de synthèse, capables de se contracter ou de s'allonger sous l'action d'un stimulus externe. Quelques exemples représentatifs seront discutés lors de l'exposé. Un certain nombre de questions ayant trait aux applications potentielles du domaine de "nanomécanique moléculaire" seront abordées : - "ordinateurs moléculaires", pour lesquels certains chercheurs fondent de grands espoirs, stockage et traitement de l'information au niveau moléculaire, - robots microscopiques, capables de remplir une grande variété de fonctions allant de la médecine à la vie de tous les jours, - transport sélectif de molécules ou d'ions à travers des membranes.

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APHASIE ET ACALCULIE / ARMELLE JACQUET-ANDRIEU

Aphasie et acalculie / Armelle Jacquet-Andrieu. In "Perspectives neuropsycholinguistiques sur l'aphasie - NeuroPsychoLinguistic Perspectives on Aphasia", colloque international organisé par l'Unité de Recherche Interdisciplinaire Octogone de l'Université Toulouse II-Le Mirail (France). Toulouse, 21-23 juin 2012.
Il existe peu d’études sur l’acalculie, trouble acquis du calcul arithmétique, pouvant être associé à l’aphasie. L’étude de Hécaen & al (1961), menée sur 183 patients aphasiques porteurs de troubles du calcul, commence avec les observations de Gall (1808), Lewandowski et Stadelmann (1908), etc. Henschen (1926) en précise l’anatomie fonctionnelle et distingue l’agraphie numérique (gyrus angulaire), l’aphasie des chiffres (base du pied de F3), et la faculté de calculer, « non localisable ». « L’acalculie amnésique » est associée aux troubles mnésiques. Considérés comme des précurseurs, Peritz (1918) et Sittig (1920) distinguent trois formes de troubles du calcul : visuelle, acoustique et idéatoire (perte de la nature de l’opération, son sens). Hermann et Potzl (1928), puis Langé (1933), Skroll et Stolbun (1933) pointent la représentation de l’espace et un désordre instrumental, lié à une désorganisation de la manipulation des « catégories d’orientation dans l’espace ». Singer et Low (1933) décrivent d’autres difficultés : saisir et/ou exprimer les rapports du tout à la partie, suivre une direction à partir d’un point donné, l’incidence possible d’une dissociation automatico-volontaire et des difficultés liées à la symétrie dans l’espace. Kleist (1934) définit l’alexie et l’agraphie des nombres et une forme « idéopraxique » de cette agraphie ; pour lui, l’acalculie est un trouble du calcul mental et il précise le rôle de l’espace pour l’attribution de la valeur des chiffres d’un nombre (unités, dizaines, etc.). L’apport de Lindquist (1935) sera de rapprocher acalculie et langage : description des fonctions linguistiques, visuelles, construction d’un espace pour le traitement des nombres, « acalculie constructive » (Krapf, 1937), et il évoque la perte de « l’idée du nombre » : l’acalculie est ici un trouble sémantique. Goldstein (1948) distingue un « trouble de l’abstraction », avec perte de la notion de « valeur » du nombre et un « trouble instrumental » lié aux fonctions visuelles. 
Dès les années 60, l’étude neuropsychologique de l’acalculie fournit d’autres réponses (Lechevalier & al, 2008), nous en présenterons quelques éléments clés : le modèle modulaire de McClokey & al (1985), affiné durant la décennie suivante (Pesenti & Séron, 2004), puis le triple code de Dehaene (1992), et nous lèverons une ambiguïté sur les notions de morphologie et syntaxe à propos de la construction des nombres, en relation avec le langage (Jacquet-Andrieu, 2001). 
Enfin, nous exposerons le cas d’un sujet atteint d’une aphasie mixte sévère, par AVC, avec alexie, sans agraphie, et une acalculie majeure associées : atteinte de la reconnaissance des chiffres entendus et/ou écrits, écriture, structuration morphologique des nombres, organisation des opérations arithmétiques dans l’espace et leur conduite procédurale. La patiente est professeur agrégé de mathématiques (expert), et nous avons observé une dissociation, non recensée dans la littérature, semble-t-il : elle résout des équations du 2nd degré mais pas une addition élémentaire, sauf à user d’une stratégie coûteuse sur le plan cognitivo-procédural.

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