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Les biotechnologies selon le CEA

Biopuces, protéomique, ciblage de médicaments... Les travaux du CEA concernent le médical, la pharmacie, les IAA l'environnement.


Saviez-vous que le CEA est à l'origine de l'un des trois tests de détection de la maladie de la vache folle autorisés par la Commission européenne ? Et que la première biopuce française - dont l'industrialisation est sur le point d'être annoncée - est également issue de ses laboratoires ? Sans doute pas. Il est vrai qu'on n'attend pas particulièrement le CEA sur le créneau des biotechnologies.

Pourtant, la Direction des sciences du vivant (DSV) compte près de mille personnes qui étudient la radiobiologie, l'imagerie médicale, le marquage isotopique et l'ingénierie des biomolécules. Sans oublier le Léti (laboratoire d'électronique, de technologie et d'instrumentation, à Grenoble) qui développe des systèmes pour l'instrumentation implantée ou non et pour l'imagerie médicale.

La mission officielle du CEA dans les biotechnologies est de " comprendre l'effet des rayonnements sur la matière vivante et d'utiliser les propriétés des radioéléments. " On peut difficilement faire plus austère. Cependant, certains sujets de recherche dépassent largement le strict cadre du nucléaire.

Ainsi, les biopuces représentent certes une voie d'étude des réponses cellulaires aux rayonnements ionisants. Mais les développeurs de la puce Micam du CEA (menés par Marc Cuzin au Léti) voient bien au-delà. En biologie, des partenariats portent déjà sur la cancérologie et sur la recherche de gènes impliqués dans les myopathies et dans l'infection par le virus VIH. En outre, les biopuces concernent aussi l'agroalimentaire (analyse de la qualité) et l'environnement (détection de polluants).

Autre exemple : la protéomique (dont le spécialiste au CEA est Jérôme Garin, à Grenoble) peut être utile pour caractériser les effets précoces de l'irradiation au niveau des protéines. Mais cette discipline "post-génomique" représente surtout un nouvel outil pour la découverte de cibles thérapeutiques et pour le développement de diagnostics.

Tomographie par émission de positons
Dans le domaine de l'imagerie médicale, en revanche, le rayonnement ionisant est bel et bien au coeur du sujet. Le CEA participe ainsi au développement de la scintigraphie au 18 F-FDG (désoxyglucose marqué au fluor 18) pour le diagnostic et le suivi de cancers.

Explications : ce composé radiopharmaceutique se fixe préférentiellement dans les tissus à forte consommation de glucose, comme le sont les tumeurs (mais aussi le coeur ou le cerveau). Les tumeurs en question sont alors localisées et quantifiées par imagerie médicale. Plus précisément par tomographie par émission de positons (TEP), technique pratiquée au service hospitalier Frédéric-Joliot du CEA à Orsay (qui produit aussi le 18 F-FDG).

Rappelons au passage que la France demeure l'un des pays les moins équipés en TEP : derrière l'Allemagne, l'Italie, l'Espagne, le Portugal, la Belgique... Pourtant cette technique semble bien utile, non seulement pour les cancers (domaine déjà vaste en soi), mais aussi pour bien d'autres pathologies.

Ainsi, une équipe du service hospitalier Frédéric-Joliot a-t-elle participé, en juin dernier, à une première mondiale : une thérapie cellulaire cardiaque chez l'homme. En l'occurrence, la TEP a permis aux praticiens d'obtenir des informations sur le métabolisme de la zone défaillante du coeur, avant et quelques mois après l'intervention.

Toujours au service hospitalier Frédéric-Joliot, la TEP est appliquée par Jean-Luc Martinot et Bernard Mazière à l'imagerie cérébrale. Ces chercheurs analysent ainsi les interactions entre les neuroleptiques et les récepteurs cérébraux.

D'autres travaux (menés par Bertrand Tavitian, au service hospitalier Frédéric-Joliot à Orsay) utilisent la TEP à l'échelle de l'ADN ! Les chercheurs sont en effet parvenus à visualiser le cheminement dans l'organisme d'oligonucléotides (brins d'ADN ou d'ARN) marqués au fluor 18. L'intérêt ? Les oligonucléotides sont des outils très précieux dans la recherche de nouvelles thérapies (géniques, antisens...). Ils aident des cellules malades à synthétiser une protéine qui leur fait défaut ou, à l'inverse, empêche la fabrication d'une protéine indésirable. La TEP permet de visualiser le parcours des oligonucléotides dans l'organisme. On peut ainsi savoir à quelle vitesse ils s'hybrident avec l'ARN du patient, en quels endroits et en quelles quantités.

Des implants traités anti-rejet
Autre développement : Philippe Hantraye, au CEA à Saclay, a conçu une technique basée sur la TEP qui pourrait servir en pharmacocinétique. Il s'agit de pouvoir déterminer la durée d'action d'un principe actif et sa posologie sur un modèle animal peu coûteux : le rat (et non plus chez l'homme ou le singe).

Le principe utilise une sonde intracérébrale pour la détection d'émission de positons. La TEP fournit en effet une image 3D de la dégradation dans l'organisme d'une molécule marquée. Cette sonde sera distribuée prochainement par la société Biospace Mesures (sous le nom de béta micro probe). Le même principe pourrait s'appliquer à l'étude des mécanismes de dégénérescence cellulaire des maladies de Parkinson ou de Huntington.

Au Léti (à Grenoble), Corinne Mestais développe une nouvelle technologie de gamma-caméras. Ce type d'imagerie permet de visualiser le fonctionnement d'un organe, plutôt que sa morphologie. On détecte ainsi les anomalies telles que les nécroses ou les tumeurs. Depuis 1995, ce laboratoire collabore avec Saint-Gobain sur le développement d'un détecteur semi-conducteur. L'enjeu : concurrencer le détecteur d'Anger, la solution de référence depuis... 1958 !

La technique développée utilise comme semi-conducteur du tellure de cadmium (CdTe). Ses atouts : une image plus contrastée et un meilleur confort pour le patient en raison de la légèreté de la gamma-caméra.

Enfin, quelques recherches portent sur les biomatériaux, notamment pour des implants et prothèses actifs. Ainsi, Philippe Labbé (CEA/Le Ripault) propose une prothèse discale, conçue en partenariat avec l'Hôpital de la Pitié-Salpétrière et l'Ensam. Le système comprend deux cupules en titane (suffisamment poreux pour se greffer naturellement à l'os) prenant en sandwich des polymères biocompatibles de différentes compressibilités. Ces prothèses présenteraient une durée de vie d'environ tente ans. Elles pourraient déboucher d'ici 2002 pour le remplacement de disques lombaires et, à terme, de dorsales et de cervicales.

Et c'est au CEA à Saclay que Christophe Bureau développe une nouvelle génération de stents, ces minuscules cylindres permettant à une artère obstruée de retrouver son diamètre initial. En partenariat avec l'université allemande de Giessen et l'Inserm de Bordeaux, le chercheur a conçu et breveté une technique de greffage qui pourrait éviter les problèmes de rejet. Le stent bioactif est revêtu d'un polymère sur lequel sont fixés des liposomes contenant une molécule anti-rejet.

Une technique astucieuse qui pourrait convenir à d'autres domaines médicaux nécessitant des traitements anti-rejet. Christophe Bureau concocte d'ailleurs en ce moment le projet de créer son entreprise... Par Michel Le Toullec

Protéomique
Vers de nouvelles cibles thérapeutiques
C'est l'un des thèmes les plus chauds de l'ère post-génomique. " La protéomique consiste à quantifier et identifier les protéines d'une cellule dans un environnement donné ", explique Jérôme Garin, directeur du laboratoire de chimie des protéines du CEA à Grenoble.

En comparant les protéines d'échantillons sains et malades, on peut ainsi déduire celles qui sont spécifiques d'une pathologie. Ces protéines sont alors des marqueurs de la maladie, base de nouveaux diagnostics, mais aussi des cibles potentielles pour le développement de médicaments.

La protéomique repose principalement sur deux techniques : la séparation des protéines par électrophorèse 2D sur gel et leur identification par spectrométrie de masse (voir I&T décembre 2000). Le laboratoire de Jérôme Garin constitue la plate-forme protéomique de la Génopole Rhône-Alpes. " Nous allons débuter un projet centré sur les protéines hydrophobes humaines (souvent perdues au cours de l'électrophorèse 2D), précise-t-il.

Un autre projet, avec l'Inria (cellule Helix) et Génome Express, porte sur le développement d'un logiciel de bio-informatique (nommé PSTmap) ". Par ailleurs, Jérôme Garin anime - pour quelques temps - encore le groupe de travail "analyse du protéome" du club Crin Biotechnologies, où se côtoient chercheurs académiques et sociétés (Biomérieux, Synthélabo, Transgène, Tepral...).

Biopuces
La puce à ADN française

L'histoire de la biopuce Micam tient en trois dates. En 1993, Cis Bio International (alors filiale du CEA) brevète la technique de fabrication. Fin 1998, le CEA lance le projet Biopuces pour valoriser ce savoir-faire et développer des partenariats (voir tableau). Enfin, 2001 : le lancement de l'industrialisation est sur le point d'être annoncé.

Les puces seront produites dans une structure sous contrôle d'un célèbre groupe pharmaceutique lyonnais, avec participation du CEA. " La production devrait débuter après deux ans de développement ", annonce Marc Cuzin, responsable de l'industrialisation des biopuces au Léti. Une biopuce est un "mini-labo" sur une surface de quelques cm2 dotée de nombreuses sondes moléculaires capables d'identifier rapidement, par hybridation, les constituants d'un échantillon biologique.

La puce française arrive sur un marché dominé la société californienne Affymetrix. La technique américaine consiste à synthétiser in situ des dizaines de milliers de sondes oligonucléotides sur un support en verre.

Le procédé français Micam est radicalement différent. Principe : les sondes oligonucléotides, synthétisées au préalable, sont associées à un monomère conducteur (le pyrrole) puis déposées individuellement par électro-polymérisation sur des plots d'or à la surface d'une puce en silicium. Certes, le nombre de sondes est limité, pour l'instant, à 128 et 8 100. " Mais nos sondes sont synthétisées et purifiées avant d'être fixées sur la puce, précise Marc Cuzin. Ce qui conduit à une interprétation plus fiable des résultats après hybridation avec des ADN cibles marqués, puis lecture de la puce en fluorescence". Autre atout pour les développements ultérieurs : la technique Micam paraît adaptée à la réalisation de puces à protéines.

La TEP et la première autogreffe cardiaque
Spécialiste de la tomographie à émission de positons, le service hospitalier Frédéric-Joliot du CEA a participé à une première mondiale : une thérapie cellulaire cardiaque chez l'homme. Avant l'opération (la greffe de cellules de la cuisse dans le coeur du patient), la tomographie par émission de positons (TEP) a permis de s'assurer que certaines lésions du myocarde étaient irréversibles. Quelques mois après, cette technique a montré que la zone greffée avait retrouvé une activité métabolique.

Qui contacter ?
Tomographie à émission de positons : Régine Trebossen Tél. : 01 69 86 78 01
Protéomique : Jérôme Garin Tél. : 04 76 88 96 57
Détection de l'ESB : Jacques Grassi Tél. : 01 69 08 28 71
Biopuces : Marc Cuzin Tél. : 04 76 88 41 33
Cyclodextrines : Bruno Perly Tél. : 01 69 08 86 30
Gamma-caméras : Corinne Mestais Tél. : 04 76 88 31 23
Implants anti-rejet : Christophe Bureau Tél. : 01 69 08 91 91

Détection de l'ESB
Le test rapide le plus sensible en Europe
Le CEA a conçu l'un des trois tests retenus par la Commission européenne pour le diagnostic post-mortem de l'encéphalopathie spongiforme bovine. (Les deux autres ont été conçus du suisse Prionics et de l'irlandais Enfer Technology).
Ses co-inventeurs sont Jacques Grassi, du service de pharmacologie et d'immunologie (CEA/Saclay) et Jean-Philippe Deslys, du service de neurovirologie (CEA/Fontenay-aux Roses).

Le principe est basé sur un dosage immuno-enzymatique de type sandwich de la protéine PrPres (la forme anormale de la protéine du prion, marqueur de l'ESB), après purification et concentration. Ce test est fabriqué et commercialisé sous le nom de Platelia BSE par Bio-Rad. Le résultat est obtenu en 4 heures.

En terme de sensibilité, Bio-Rad rappelle les résultats d'une étude comparative de la Commission européenne. Cette étude concluait que le test français est " celui qui détecte les plus faibles concentrations de la forme anormale de la protéine du prion. " Des travaux récents du CEA en partenariat avec la Veterinary Laboratories Agency (Grande-Bretagne) montrent que ce test serait capable de détecter l'infection chez des animaux encore au stade pré-clinique de la maladie, avant même l'apparition de signes détectables par le vétérinaire.

Selon Bio-Rad, le test Platelia BSE est bien implanté en Allemagne, avec 70 % du marché. La société ne précise pas la situation en France, où une vingtaine de laboratoires est encore en cours d'agrément. Le CEA et Bio-Rad collaborent sur un futur test de détection utilisable sur animaux vivants, ce que tout le monde recherche actuellement.

Encapsulation
Cyclodextrines, vecteurs de principes actifs
Transporter un principe actif jusqu'à sa cible pour que le médicament soigne à plus faible dose et avec un minimum d'effets secondaires : c'est l'un des intérêts des cyclodextrines. Ces molécules-cages, développées par l'équipe de Bruno Perly (au CEA à Saclay), sont constituées de 6, 7 ou 8 molécules de glucose.

Leur originalité : ces structures sont hydrophiles à l'extérieur et hydrophobes à l'intérieur. Elles permettent donc de véhiculer un hôte hydrophobe dans un milieu aqueux. Pour mieux cibler le relargage d'un principe actif, les chercheurs ont eu l'idée d'équiper les cyclodextrines d'antennes directrices (en réalité, des peptides greffés présentant de fortes affinités avec les récepteurs).

D'ailleurs, une thèse a été consacrée à ce sujet. " Actuellement, nous développons des cyclodextrines destinées à fixer des ions et ainsi décontaminer un milieu biologique (élimination du plomb par exemple) ", explique Bruno Perly. De telles molécules pourraient aussi transporter des éléments radioactifs ou non pour l'imagerie médicale et la radiothérapie. D'autres cyclodextrines sont modifiées pour le transport de molécules actives (en cosmétique ou dermatologie) par voie transdermique : un partenariat est en cours avec Christian Dior et l'Université de Liège. " Enfin, nous travaillons aussi sur des cyclodextrines amphiphiles - simultanément hydrophiles et hydrophobes - pour l'incorporation dans des liposomes ou d'autres systèmes organisés. "

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