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Médecine et santé

Diagnostics médicaux: la nouvelle génération

  
 
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Les progrès réalisés par les partenaires du projet MEBIOCE placent l'Europe loin devant les Etats-Unis dans le domaine très compétitif du diagnostic médical, et l'avancée qu'il constitue dans ce secteur a déjà suscité un énorme intérêt.
Les techniques de diagnostic pour l'identification de germes pathogènes ou de cellules cancéreuses doivent être très sensibles si l'on veut pouvoir détecter de faibles niveaux de contamination ou des maladies à leur stade très précoce. Ce projet a permis de développer un système d'identification de cellules anormales dans des concentrations cent fois plus faibles que celles détectées par les test conventionnels.
Le processus, mis au point par deux PME et plusieurs centres de recherche universitaires, comprend trois étapes et repose sur l'utilisation de minuscules billes magnétiques, de nouvelles membranes de séparation et d'un système informatisé de reconnaissance d'image. Il devrait déboucher sur un produit commercialisable dans l'année.

La détection précoce d'une maladie permet généralement un traitement plus rapide, plus efficace et moins onéreux. Il n'est donc pas surprenant que les nouveaux tests de diagnostic soient devenus l'un des thèmes les plus en vue de la recherche médicale. A l'heure actuelle, cependant, la sensibilité d'un test s'obtient souvent au détriment de la précision de ses résultats, et inversement. En d'autres termes, le test idéal serait celui qui pourrait fournir des informations quantitatives tout en étant extrêmement sensible.
MEBIOCE propose justement cette combinaison. A l'aide de nouvelles techniques performantes permettant d'isoler et de compter les cellules et les bactéries chez les mammifères, MEBIOCE peut mesurer leurs concentrations à des niveaux étonnamment bas - jusqu'à un centième des taux détectables avec les tests actuels. Cela permettra notamment de diagnostiquer le cancer plus tôt et de réduire les risques de contamination bactérienne des aliments. Les partenaires du projet estiment à 21 milliards d'ECU le marché potentiel pour cette technologie.
Le projet MEBIOCE a réuni deux PME aux expériences complémentaires dans la détection de types spécifiques de cellules en concentrations très faibles. Plusieurs universités ont également contribué à la conception et au test du nouveau système qui sera bientôt commercialisé, et les résultats du projet ont déjà suscité un énorme intérêt.

Un progrès nécessaire

Le système MEBIOCE repose sur le fait que de nombreuses maladies et organismes pathogènes peuvent être identifiés par les cellules qu'ils laissent derrière eux. Le système sanguin d'un patient souffrant d'une infection bactérienne contient des cellules de la bactérie elle-même, tandis que chez un patient atteint de cancer ce sont ses propres cellules endommagées qui sont des signes révélateurs. Dans l'un et l'autre cas, la localisation de ces cellules est une première étape essentielle pour identifier la maladie.
Au stade précoce de la maladie, le nombre de cellules anormales peut être très faible. Aussi, le système de détection doit-il être particulièrement sensible. La technique d'analyse de l'ADN, qui utilise le processus d'amplification enzymatique (technique de PCR), est certes sensible, mais elle est lente, fournit peu d'informations sur le nombre de cellules anormales présentes et ne préserve pas la cellule lorsque la confirmation visuelle est nécessaire au diagnostic médical. Une autre technique, appelée cytométrie de flux, fournit des informations quantitatives mais n'est pas suffisamment sensible.
Ce compromis se rencontre également dans les méthodes utilisées pour détecter la contamination bactérienne de la nourriture et de l'eau. Les cultures traditionnelles sont quantitatives et permettent d'examiner plus précisément les cellules à l'aide d'autres techniques. Mais ces examens requièrent plusieurs jours. De nouvelles méthodes indirectes, basées sur la présence d'ATP chimique, sont plus rapides mais elles ne sont pas quantitatives ou spécifiques, manquent souvent de sensibilité et endommagent les cellules, qui ne peuvent dès lors plus être examinées par après. En d'autres termes, le progrès se fait nettement attendre.
Le projet a débuté en 1994 avec deux partenaires principaux. Le partenaire français, BIOCOM, qui coordonnait le projet, a apporté ses compétences en matière de séparation cellulaire et de systèmes de reconnaissance d'image. Quant à la société norvégienne, Dynal, elle est spécialisée dans la fabrication de billes magnétiques utilisées pour les séparations biologiques.

Une approche séduisante

Le système MEBIOCE utilise une approche en trois phases: premièrement, il capture les cellules avec des billes immunomagnétiques et les place dans un séparateur de flux. Ensuite, il concentre les cellules en utilisant des filtres à membranes spéciaux. Enfin, il décèle et caractérise les cellules intéressantes en utilisant la technologie de reconnaissance informatique de l'image.
Dynal est une PME qui a été créée en 1986 pour développer la technologie des billes magnétiques, également connue sous le nom de séparation immunomagnétique. La société fabrique ses billes magnétiques à partir de polymères mélangés à de minuscules grains d'oxyde de fer. Ceux-ci sont ensuite recouverts d'une fine couche de polymères à laquelle peuvent adhérer les protéines et d'autres molécules biologiques. La couche suivante est composée d'anticorps, et augmente la précision du système en n'attirant qu'un seul type de cellules.
Les billes ont toutes les chances d'entrer en contact avec des cellules peu nombreuses si elles sont minuscules et présentes en grandes quantités, car elles fournissent alors une surface maximale de mélange avec l'échantillon. Toutefois, plus les billes sont petites, plus il est difficile de les séparer à l'étape suivante du processus. Il faut donc parvenir à un compromis. La taille idéale des billes s'est avérée être légèrement inférieure à 3 micromètres de diamètre.
Après avoir mélangé les billes avec l'échantillon de sang ou de tout autre matériau à tester, il faut les séparer de l'échantillon de manière à pouvoir les analyser. En théorie, cette opération est simple - il suffit d'appliquer un aimant puissant, vers lequel se déplaceront les billes -, mais les techniques antérieures étaient lentes et fastidieuses. BIOCOM a développé le premier système automatisé de tri magnétique (CELF) à l'aide d'un long tube spiralé à travers lequel l'échantillon circule en continu. Lorsqu'on actionne un électroaimant placé à proximité, les billes adhèrent aux parois du tube. Il suffit ensuite de débrancher l'électroaimant pour les évacuer du tube avant d'entamer l'étape suivante du processus.
Les cellules sont ensuite concentrées et les billes sont évincées à l'aide de filtres évolués développés à l'Université catholique de Louvain-la-Neuve. Les filtres sont fabriqués à partir de polymères microporeux. Après la séparation, ils peuvent être utilisés comme instrument de culture pour les cellules de mammifères, et contribuent ainsi à réduire le besoin d'expériences animales.

Une meilleure image

L'étape finale est l'analyse d'image et vise à identifier et à compter les cellules nuisibles. BIOCOM travaille dans ce domaine depuis 1986 et emploie environ 20 personnes. La société est incontestablement un leader européen dans le secteur puisqu'elle a déjà installé plus de 400 systèmes d'analyse d'image. Ces systèmes utilisent un microscope fixé à une caméra vidéo pour visualiser l'échantillon. Un ordinateur analyse ensuite les formes, les couleurs et les contrastes de l'image vidéo pour distinguer les cellules de différents types et les compter.
Le système MEBIOCE est différent. Il n'utilise pas le microscope mais fait appel à une approche empruntée à l'astronomie, dans laquelle les chercheurs recourent à de longues expositions photographiques pour visualiser des étoiles distantes. ASTERIAS, le système de MEBIOCE, utilise une caméra vidéo hypersensible et de longues expositions afin d'établir une image de tout l'échantillon à la fois. Ce système, explique la société, est plus simple et plus rapide que l'assemblage de plusieurs centaines d'images distinctes obtenues par le champ limité d'une vue microscopique.
BIOCOM a développé deux analyseurs d'image utilisant ce principe: l'un pour les laboratoires de recherche et l'autre pour les analyses rapides dans les hôpitaux et l'industrie. Tous deux peuvent travailler à des longueurs d'onde différentes, de sorte que les échantillons peuvent être examinés sous une lumière visible aussi bien que sous une fluorescence ultraviolette, par exemple. La technique des longueurs d'onde multiples permet de caractériser les cellules de façon beaucoup plus précise.

Une longueur d'avance sur les Etats-Unis

Un autre partenaire du projet, l'université de Nantes, ainsi que quatre autres universités françaises - Marseille, Nice, Compiègne et Lyon - testent actuellement le système. L'évaluation complète de son utilisation pour le diagnostic médical devrait prendre encore deux à trois ans. Mais les partenaires projettent déjà de commercialiser un système pour mesurer la contamination microbiologique. Les marchés prometteurs sont l'analyse des aliments et de l'eau potable ainsi que le contrôle des environnements stériles dans l'industrie pharmaceutique.
Une fois que le système aura prouvé son efficacité dans le domaine médical, ses deux principales applications seront sans doute la détection de micro-métastases (les noyaux potentiels de nouveaux cancers) - et le diagnostic anténatal génétique non invasif. Les billes magnétiques pourraient, quant à elles, être utilisées pour éliminer les cellules nuisibles autant que pour les détecter. On pourrait, par exemple, purifier le sang des donneurs de ses cellules indésirables avant de l'utiliser pour des transfusions. La demande globale pour ces nouveaux tests est estimée à 60 millions de tests par an.
Ce projet a déjà suscité un grand intérêt et les partenaires estiment avoir devancé les Etats-Unis dans ce domaine hautement compétitif. Un projet aussi novateur n'aurait pas été possible sans les contacts et les moyens financiers apportés par le programme BRITE-EURAM.

 

Titre du projet:  
Ultra high sensitivity integrated detection technology for cellular and bacteriological qualification and control with bioselective polymers

Programmes:
Technologies industrielles et des matériaux (BRITE-EURAM/CRAFT/SMT)

Référence du contrat: BE-7899

Base de données CORDISPour plus d'informations sur ce projet,
voyez la fiche dans la Base de données CORDIS

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