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, 18 octobre 2013

Comprendre et contrôler la division des cellules souches

Des chercheurs du CEA, du CNRS, de l'Université Grenoble Alpes1, de l'Unité de Thérapie Cellulaire de l'hôpital Saint-Louis (AP-HP)2 et de l'UMR940 Inserm-Université Paris Diderot de l'IUH (Institut Universitaire d'Hématologie3), montrent que la division des cellules souches est conditionnée par des contraintes physiques. Toute modification spatiale du microenvironnement de ces cellules peut ainsi influencer la façon dont elles assurent le renouvellement des tissus. Les chercheurs ont utilisé des techniques de traitement de surface issues de la micro-électronique pour obtenir ce résultat : cette méthode apparaît prometteuse pour maîtriser les capacités régénératives des cellules souches et orienter le devenir de leur descendance. Ces résultats sont publiés dans Cell Reports du 17 octobre.

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Paris, 9 janvier 2014

Comment les fibres nous protègent du diabète et de l'obésité

Il est bien connu des chercheurs qu'une alimentation riche en fibres protège l'organisme de l'obésité et du diabète de type 21. Néanmoins, les mécanismes à l'œuvre leur échappaient depuis une vingtaine d'années. Une équipe franco-suédoise comprenant des chercheurs du CNRS, de l'Inserm et de l'Université Claude Bernard Lyon 1 (Unité Inserm 855 « Nutrition et cerveau ») vient d'élucider ce mécanisme dans lequel sont impliquées la flore intestinale et la capacité de l'intestin à produire du glucose entre les repas. Ces résultats, publiés dans la revue Cell le 9 janvier 2014, précisent en outre le rôle de l'intestin et de ses microorganismes associés dans le maintien de la glycémie. Ils permettront aussi de proposer de nouvelles recommandations nutritionnelles afin de se prémunir du diabète de type 2 et de l'obésité.
La plupart des fruits sucrés et de nombreux légumes tels que les salsifis, les choux ou les fèves, sont riches en fibres dites fermentescibles. Celles-ci ne sont pas directement digestibles par l'intestin, mais elles sont fermentées par les bactéries intestinales en acides gras à courte chaîne comme le propionate et le butyrate qui, eux, sont assimilables par notre organisme. L'effet protecteur de ces fibres est bien connu des chercheurs : des animaux recevant une alimentation riche en fibres grossissent moins et sont moins enclins à développer un diabète de type 2 que des animaux qui n'en consomment pas. Néanmoins, le mécanisme à l'origine de cet effet restait mystérieux.

L'équipe menée par Gilles Mithieux, chercheur CNRS à l'unité « Nutrition et cerveau » (Inserm / Université Claude Bernard Lyon 1), s'est demandé si ce mécanisme était en rapport avec la capacité de l'intestin à produire du glucose. L'intestin est en effet capable de synthétiser ce sucre et de le libérer dans le sang entre les repas et au cours de la nuit. Or, ce glucose possède des vertus particulières : il est détecté par le système nerveux présent dans les parois de la veine porte (celle qui collecte le sang provenant de l'intestin), qui à son tour envoie un signal nerveux au cerveau. En réponse, le cerveau déclenche un faisceau d'effets protecteurs face au diabète de type 2 et à l'obésité : la sensation de faim diminue, la dépense énergétique de repos augmente, et enfin, le foie produit moins de glucose.

Afin d'établir le lien entre fibres fermentescibles et production de glucose par l'intestin, les chercheurs ont soumis des rats et des souris à des régimes enrichis en fibres fermentescibles, ou en propionate ou en butyrate. Ils ont alors observé une forte induction de l'expression des gènes et des enzymes de la synthèse du glucose dans l'intestin. Ils ont montré que l'intestin de ces animaux augmentait sa production de glucose en utilisant le propionate comme précurseur. Alimentées avec un régime riche en graisse et en sucres, mais supplémenté en fibres, les souris ont moins grossi que les animaux témoins. Elles ont aussi été protégées du développement du diabète de type 2 grâce à une sensibilité très augmentée à l'insuline.
Les chercheurs ont répété l'expérience avec des souris dont on a supprimé, par manipulation génétique, la capacité de leur intestin à produire du glucose. Aucun effet protecteur n'a été alors observé : ces souris ont grossi et sont devenues diabétiques comme les souris alimentées sans apports en fibre. C'est donc bien la production de glucose par l'intestin à partir du propionate et du butyrate qui est à l'origine des effets positifs sur l'organisme des fibres fermentescibles.

Outre ce mécanisme inédit, ces travaux mettent en lumière le rôle de la flore intestinale qui, en fermentant les fibres alimentaires, offre à l'intestin les précurseurs pour produire du glucose. Ils établissent par ailleurs l'importance de l'intestin dans la régulation du glucose dans l'organisme. Enfin, ils devraient permettre de proposer de nouvelles recommandations nutritionnelles ou encore, de mettre en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques pour prévenir ou soigner le diabète de type 2 et l'obésité.

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Paris, 15 février 2010

Autisme : l'administration d'ocytocine améliore le comportement social des patients

L'autisme est une maladie caractérisée par des difficultés à communiquer efficacement avec l'entourage et à développer des liens sociaux. L'équipe du Centre de neuroscience cognitive (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1)), dirigée par Angela Sirigu, montre que l'administration intranasale d'ocytocine, une hormone connue pour son rôle dans l'attachement maternel et le lien social, améliore significativement les capacités des patients autistes à interagir avec les autres personnes. Pour ce faire, les chercheurs ont administré de l'ocytocine à 13 patients autistes puis ils ont observé le comportement social des patients pendant des jeux de balle et des tests visuels de reconnaissance de visages exprimant différents sentiments. Leurs résultats, publiés dans PNAS le 15 février 2010, montrent ainsi le potentiel thérapeutique de l'ocytocine pour traiter les troubles sociaux dont souffrent les patients autistes.
L'ocytocine est une hormone qui favorise l'accouchement et la lactation. Elle joue un rôle crucial dans le renforcement des comportements sociaux et émotionnels. De précédentes études qui ont mesurées le taux de cette hormone dans le sang des patients ont montré qu'elle était déficitaire chez les patients atteints d'autisme. 
L'équipe d'Angela Sirigu du Centre de neuroscience cognitive à Lyon a donc fait l'hypothèse qu'une déficience de cette hormone pourrait être impliquée dans les problèmes sociaux des autistes. L'équipe, en collaboration avec le Dr Marion Leboyer de l'Hôpital Chenevier, à Créteil, a examiné si l'administration de l'ocytocine pouvait améliorer le comportement social de 13 patients souffrant d'autisme de haut niveau (HFA) ou du syndrome d'Asperger (SA). Dans ces deux formes d'autisme, les malades ont des aptitudes intellectuelles et linguistiques normales mais n'arrivent pas à s'engager spontanément dans des situations sociales. Ainsi au cours d'une conversation, les sujets dévient la tête et les yeux pour ne pas croiser le regard de l'autre. 

Les chercheurs ont tout d'abord observé le comportement social des patients pendant qu'ils interagissaient avec trois personnes dans un jeu de balle. Trois profils étaient représentés : un joueur renvoyant toujours la balle au patient, un joueur ne renvoyant pas la balle au patient et enfin un joueur qui renvoyait indifféremment la balle au patient ou aux autres joueurs. A chaque fois que le patient recevait la balle, il gagnait une somme d'argent. Le jeu était recommencé 10 fois pour permettre au patient d'identifier les différents profils de ses partenaires et agir en conséquence. Sous placebo, les patients renvoyaient la balle indistinctement aux 3 partenaires. Au contraire, les patients traités par l'ocytocine discriminaient les différents profils et renvoyaient la balle au partenaire le plus coopérant. 

Les chercheurs ont également mesuré le degré d'attention aux signaux sociaux des patients en leur faisant observer des séries de photos représentant des visages. Sous placebo, les patients regardent la bouche ou en dehors de la photo. Mais après avoir inhalé de l'ocytocine, les patients montrent un degré d'attention plus élevé aux stimuli faciaux : ils regardent les visages et on observe même une augmentation des regards portés précisément sur les yeux des visages photographiés. 

Pendant ces tests, les chercheurs ont également contrôlé les effets comportementaux par des mesures physiologiques du taux d'ocytocine plasmatique avant et après la pulvérisation nasale.. Avant la pulvérisation nasale, le taux d'ocytocine était très bas. Après la prise d'ocytocine, le taux dans le plasma augmente. 

Les résultats de ces tests montrent donc que l'administration d'ocytocine permet aux patients autistes de s'adapter au contexte social en identifiant des comportements différents parmi les membres de l'entourage et d'agir en conséquence en montrant plus de confiance envers les individus les plus coopérants. L'ocytocine diminue également la peur des autres et favorise le rapprochement social. 

Cette étude est une des premières à démontrer un effet thérapeutique potentiel de l'ocytocine sur les déficiences sociales dans l'autisme. Certes, des variations interindividuelles sont retrouvées dans la réponse au traitement et les chercheurs reconnaissent l'importance et la nécessité de poursuivre ces travaux. Ils vont notamment étudier les effets à long terme de l'ocytocine sur l'amélioration des troubles de la vie quotidienne des patients autistes et son efficacité à un stade précoce de la maladie.

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