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La biophotonique dévoile son immense potentiel

Par publié le à 00h00

Paris, 22 octobre. Le 1er colloque Biophotonique vient de faire le point sur les développements de cette spécialité au croisement de l’optique et de le biologie. Au programme : imagerie cellulaire, biopuces, applications biologiques e

Le premier colloque Paris-Biophotonique, organisé par Optics Valley, Genopole et le CEA vient de se tenir à la Porte de Versailles le 22 octobre. Cette journée n’est articulée autour d’une conférence plénière, d’une convention d’affaire et de sessions scientifiques complétées par des expositions de posters.

Ces sessions scientifiques portaient sur trois grands thèmes : l’imagerie cellulaire et tissulaire ; les applications biologiques et médicales des lasers ; les biopuces et les biocapteurs.

1. Imagerie cellulaire et tissulaire

L’Institut d’Alembert à l’ENS Cachan présentait ses travaux sur l’exploration du comportement moléculaire aux échelles sub-longueur d’onde pour la réalisation de pinces optiques moléculaires tensorielles. Les chercheurs utilisent notamment la microscopie non linéaire pour ce type d’exploration.

Les premières expériences réalisées sur des molécules fluorescentes et non linéaires concentrées en matrice polymère ont permis de mettre en évidence leur ré-orientation et de renseigner sur leur processus de mouvement photo-induit. Ces études combinées à des techniques de détection de molécules isolées pourraient donner accès à de nouveaux moteurs moléculaires en rotation sous champs optiques, mais aussi capables de mouvements de translation sous des gradients optiques.

A l’Institut Fresnel et au Centre d’immunologie de Marseille, des travaux portent sur la brillance des molécules fluorescentes qui tend possible l’observation de molécules clairsemées et l’analyse de leur concentration, leur mobilité, leur biochimie et leur photophysique.

Les chercheurs utilisent la spectroscopie de corrélation de fluorescence pour analyser statistiquement les fluctuations de fluorescence de constituants moléculaires individuels. L’une des applications étudiées concerne la diffusion confinée dans les membranes des cellules vivantes.

Le laboratoire du Généthon-CNRS-UMR8115 développe des stratégies de thérapies géniques afin de corriger les défauts d’expression de protéines dans plusieurs pathologies génétiques rares tels que les déficits neuro-musculaires.

Ces chercheurs évaluent par imagerie de fluorescence le niveau de réparation tissulaire ainsi que l’incidence des réactions de rejet immunitaire sur le maintien à long terme d’une greffe génique. Un des axes importants de recherche consiste à définir des images standardisées permettant de comparer les résultats entre laboratoires et d’établir des normes de qualité d’images.

Au laboratoire d’optique physique de l’ESPCI (Paris) des approches expérimentales sont étudiées pour l’imagerie optique des tissus biologiques. Les tissus biologiques possèdent en effet une fenêtre spectrale de transparence dans le proche IR, mais la difficulté pour l’image vient du fait que ces tissus sont des milieux fortement diffusants pour les photons.

Les chercheurs de l’ESPCI exploitent alors plusieurs techniques, notamment l’utilisation de photons diffusés qui permettent de tirer des informations des régions profondes des tissus. Des méthodes acousto-optiques sont aussi étudiées au labo, assurant une résolution de l’ordre du mm dans les trois dimensions de l’espace à travers plusieurs cm de tissu.

L’université de Floride à Orlando développe quant à elle l’imagerie par cohérence optique, une technique interférométrique utilisée en biomédical pour obtenir des images haute résolution en coupe de tissus hautement diffusants.

Enfin, Mauna Kea Technologies développe l’imagerie cellulaire, sub-cellulaire et moléculaire in vivo et in situ par microscopie confocale fibrée. Le Cell-viZio est la première solution de ce type proposée par cette société pour les biotechnologies.

Ce matériel permet l’observation dynamique en temps réel de processus de fluorescence avec une résolution cellulaire et dans la profondeur des tissus. Des études sont en cours à l’hôpital Fernand Widal pour visualiser la microcirculation dans divers organes. Grâce à des marquages spécifiques, les chercheurs ont pu visualiser les globules rouges et les leucocytes circulant dans le sang.


2. Biopuces et biocapteurs

L’Institut Pasteur présentait ses travaux sur les immunocapteurs fluorescents autonomes utilisant des anticorps comme récepteurs biologiques. De tels capteurs pourraient être utilisés en solution, (sous la forme de puces à anticorps ou à l’extrémité de micro- ou nanofibres optiques) pour la quantification de protéines dans des mélanges complexes en continu et sans aucune étape de marquage.

Les applications potentielles sont très étendues : protéomique (pour le profilage de cellules, de cellules ou de fluides corporels), neuro-chimie (mesure de la concentration intracérébrale de neuro-peptides en réponse à des stimuli externes), santé (mesures in situ en cours d’interventions chirurgicales)…

Biomérieux présentait avec le CEA et Innopsys le principe d’un nouveau lecteur pour biopuces haute densité. Le principe de lecture consiste en un balayage flottant de la biopuce : le tête de lecture parcourt un trajet défini par le système mécanique et enregistre simultanément le signal de fluorescence et les signaux de positionnement issus du format optique. Grâce au focus dynamique, un filtrage confocal avec une faible profondeur de section est possible, donnant ainsi une sensibilité élevée.

La start-up Nanoraptor exposait les performances et les perspectives d’application de la nouvelle technique d’imagerie de surface dénommée Sarfus. Cette technique permet de visualiser en temps réel des films ou des objets de dimensions nanométriques et de les observer directement à travers un microscope optique.

Cette technique peut par exemple s’appliquer à la visualisation sans marquage de molécules d’ADN. Dans le domaine des biopuces, cette technique peut s’appliquer à trois niveaux : le contrôle de la fabrication des plots, la mise au point des procédés d’incubation ; la lecture des puces sans marquage.


3. Applications biologiques et médicales des lasers

A l’Université Pierre et Marie Curie, Geneviève Bourg-Heckly travaille sur le photodiagnostic et l’imagerie endoscopique de fluorescence pour le diagnostic précoce du cancer.

 A l’Université Paris 13, la technique d’oxymétrie tissulaire est appliquée au diagnostic médical. Il s’agit d’une méthode optique de mesure d’oxygénation des tissus : l’absorption des tissus dans le proche IR est en effet essentiellement liée à l’hémoglobine et la connaissance de cette absorption à deux longueurs d’ondes différentes permet d’évaluer les concentrations en hémoglobine oxygénée et réduite.

Thierry Patrice, de l’hôpital Laennec de Nantes, présente les atouts de la photochimiothérapie. Cette technique repose sur la captation, après injection intraveineuse d’un agent sensibilisant retenu par certains tissus.

Cette technique est appliquée au traitement local des cancers et d’affections vasculaires comme la dégénérescence vasculaire liée à l’âge (DMLA). Selon Patrice Laennec, cette méthode combine à la fois simplicité de mise en œuvre, faible coût de traitement, absence de lésions d’ADN, réduction du risque de métastases à partir du site traité et relative sélectivité du traitement.

A l’Université Pierre et Marie Curie, de nouvelles molécules photoactivables sont développées comme agents thérapeutiques et outils biologiques. La méthode de PCI (« Photochemical internalisation ») est basée sur une déstabilisation de la membrane de cellules (endosomes ou lysosomes) par des réactions photochimiques induites par des photosensibilisateurs incorporés ces structures.

La société Imagine Eyes présentait l’application de l’analyse de front d’onde optique en ophtalmologie.

 De son côté, l’équipe Photosynthèse et télédétection (LURE-CNRS) du Centre universitaire de Paris-Sud développé des capteurs d’autofluorescence et télédétection pour l’analyse du végétal. En particiluer pour l’étude d’un aspect de son métabolisme en vue d’établir des diagnostics précoces de son état physiologique.

Michel Le Toullec

Pour en savoir plus
-
Institut d’Alambert à l’ENS Cachan : www.lpqm.ens-cachan.fr
- Institut Fresnel : www.fresnel.fr
- Généthon : www.genthon.fr
- Mauna Kea Technologies : www.maunakeatech.com
- Université Paris 13 : www.galilee.univ-paris13.fr
- Hôpital Laennec : www.sante.univ-nantes.fr/med/laser
- Institut Pasteur : www.pasteur.fr
- Biomérieux : www.biomerieux.com
- CEA : www.cea.fr
- Innopsys : www.innopsys.fr
- Nanoraptor : www.nanoraptor.com

 

 


 

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