Paris, 20 mai 2008

Artères et veines, un mariage forcé
Une équipe pluridisciplinaire, composée de physiciens et de biologistes français et allemands(1), vient de découvrir comment, chez l'embryon, les artères et les veines se développent en paires parallèles. Grâce à des mesures physiques, des modèles théoriques et des simulations numériques, les chercheurs montrent comment la croissance des artères oriente directement celle des veines par un processus dépendant uniquement des forces mécaniques en présence. Ces travaux sont publiés en ligne sur le site de la revue Physical Review E(2).
Un réseau vasculaire extraordinairement complexe, composé d’artères, de capillaires et de veines, parcourt l'organisme des vertébrés. Il apporte à chaque cellule l'oxygène et les nutriments nécessaires et permet d’évacuer les déchets métaboliques produits. Ce réseau contient un si grand nombre de branches que les positions de chaque vaisseau ne peuvent pas être codées génétiquement. Cependant, la génétique est souvent évoquée pour expliquer le fait que, chez l'adulte, les artères et les veines cheminent très fréquemment par paires parallèles, une artère étant même souvent encadrée par deux veines qui lui sont strictement parallèles. Pendant le développement embryonnaire une «conversation génétique» artères/veines permettrait en effet d’interpréter ce phénomène.

Dans leur article paru dans Physical Review E, les chercheurs montrent comment des phénomènes physiques (mécaniques, hydrodynamiques et élastiques) conduisent à un développement parallèle des artères et des veines.
Une étude détaillée du développent spatial et temporel des artères et des veines au stade embryonnaire montre qu'une métamorphose de l'arborescence vasculaire se produit spontanément en cours de croissance. Au stade embryonnaire précoce, on observe une organisation spatiale en série, où les artères et les veines sont situées dans des régions distinctes de l’espace. Puis rapidement, après quelques jours de développement embryonnaire, de nouvelles veines se développent en parallèle des artères existantes et les territoires vasculaires s’entrelacent.
A partir de visualisations du réseau vasculaire et de la mesure de paramètres mécaniques locaux réalisées in situ, les chercheurs démontrent que cette métamorphose est initiée par la croissance des artères. A leur voisinage, on observe une réponse visco-élastique du tissu vivant, se traduisant par un gonflement. Cette réponse entraîne à son tour une augmentation de la perméabilité du lit capillaire, très localisée dans des zones parfaitement parallèles aux artères précédemment formées. Ces zones de forte conductivité sont sélectionnées par l'écoulement sanguin qui y circule plus favorablement, puis remodelées en veines, dès que le tissu atteint une taille critique, qui a été prédite théoriquement. Des simulations numériques de l’écoulement sanguin réalisées dans des réseaux vasculaires idéalisés d’organes, à différents stades de croissance, ont confirmé ces résultats.

Ce travail apporte un éclairage nouveau sur l’importance de la mécanique dans le développement embryonnaire. Il existe dans les embryons un paysage de forces mécaniques formant une dentelle de régions dures ou molles, qui évolue spontanément sous l’action des poussées exercées par les cellules. Analyser la composante physique des différents actes du scénario du développement embryonnaire permettra de comprendre la cause des aberrations du développement ou des pathologies causées par des gènes défectueux, qui altèrent les propriétés physiques du tissu.

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Psychophysiologie de la musique

 
La méthode des potentiels cognitifs

Les potentiels cognitifs (ERPs en anglais, pour Event Related Potentials) sont des potentiels associés à un événement : ils sont formés de composantes générées par le traitement d’un événement. Ils sont issus du moyennage de l’activité EEG recueillie à la surface du crâne. Cette activité est la manifestation électrique globale de l’électrogénèse corticale. Plus précisément, ces oscillations semblent en grande partie émaner de l’activité post-synaptique des cellules pyramidales de ce cortex. Généralement, le protocole consiste à présenter un stimulus visuel, sonore… au sujet, et à enregistrer son activité EEG. Par exemple (cf. : Figure 1), on présente le mot « DOG » au sujet, a qui on a mis un bonnet à électrodes pour enregistrer l’activité cérébrale. Ce mot va être présenté par un 1er ordinateur (cf. : stimulus computer), qui va en même temps envoyer un marqueur à un 2ème ordinateur d’acquisition des données (cf. : digitizing computer), afin de repérer le moment exact où a été présenté le mot. Le signal étant faible, il va falloir l’amplifier (cf. : amplifier system) avant de le numériser (car jusqu’ici, les signaux provenant de l’activité cérébrale sont analogiques) à l’aide du 2nd ordinateur.

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Paris, 5 mars 2009

Une seconde pour sonder des nanomachines moléculaires au niveau atomique
Des chercheurs de l'Institut de biologie structurale Jean-Pierre Ebel (IBS, Institut mixte CEA-CNRS-Université Joseph Fourier, Grenoble) viennent de développer une nouvelle technique, basée sur la Résonance magnétique nucléaire (RMN), permettant de réduire considérablement le temps nécessaire pour sonder, au niveau atomique, des assemblages biomoléculaires de grandes tailles. Les temps d'analyse passent ainsi de plusieurs minutes à près d'une seconde ce qui ouvre un nouveau champ de recherche dans l'étude structurale de ces assemblages. Elles devraient permettre d'observer en temps réel les changements structuraux et dynamiques au sein de nanomachines(1) moléculaires lorsqu'elles exercent leur action. Ces résultats viennent d'être publiés en ligne par la revue Journal of the American Chemical Society.
L'étude fonctionnelle et structurale des nanomachines  biologiques est une tâche difficile compte tenu de la dimension des objets étudiés, de leur flexibilité et de la complexité des substrats manipulés (protéines, peptides, ADN, ARN…). Elle nécessite la combinaison de la cristallographie aux rayons X et de méthodes à « basse » résolution telles que la microscopie électronique. Ces méthodes permettent difficilement d'obtenir des informations cinétiques pourtant nécessaires pour comprendre la dynamique fonctionnelle d'un système.
 
La spectroscopie RMN[2] est la méthode de choix pour étudier, avec une résolution atomique, les propriétés structurales et dynamiques des macromolécules biologiques en solution. Récemment, le développement de techniques de marquages isotopiques spécifiques[3] a permis de repousser les frontières de cette méthode à l'analyse des assemblages biomoléculaires pouvant atteindre 1 méga Dalton[4]. L'utilisation de spectromètres RMN opérant à des champs magnétiques élevés a, de son côté, amélioré la résolution des observations. Cependant l'étude cinétique des modifications au sein de ces assemblages restait limitée par les temps de mesure (plusieurs minutes voire plusieurs heures) nécessaires pour repérer chaque groupe d'atomes par leurs signaux RMN spécifiques. Une autre technique nouvellement mise au point, la RMN rapide[5], permet d'accélérer l'enregistrement des spectres RMN.
Pour la première fois, les chercheurs de l'IBS ont réussi à combiner ces trois techniques, et ainsi, à réduire à près d'une seconde le temps expérimental requis pour sonder par RMN des assemblages biomoléculaires de plusieurs centaines de kilo Dalton.

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Il y a 6 000 ans, le miel était utilisé par les Sumériens pour traiter les infections. Le Papyrus de Berlin, rédigé en Égypte au XIVe siècle av. J.-C., décrit 48 cas de plaies diverses traitées avec du miel. Les Grecs, en la personne d’Hippocrate (460 av. J.-C., ), citent le miel comme médicament. Actuellement les propriétés du miel sont de plus en plus reconnues et nombreuses sont les publications scientifiques qui attestent des intérêts du miel pour la cicatrisation des plaies, des brûlures et autres lésions cutanées.

Plusieurs méta-analyses, menées par des équipes très pointues quant aux propriétés du miel, ont évalué l’efficacité d’un traitement au miel sur des brûlures ou des lésions cancéreuses s’accompagnant le plus souvent de nécrose. Il en ressort que le miel est bénéfique sur les lésions stomatologiques, les plaies post-chirurgicales, les mucosites (inflammation des muqueuses apparaissant suite à certaines chimiothérapies) et est plus efficace pour la prise en charge de brûlures que les traditionnels pansements gras.

Le miel est composé à 75 à 80 % de sucre (fructose, glucose, saccharose…), de 17 % d’eau, de 1 % de protides, de vitamines, minéraux et oligo-éléments, d’enzymes (a et b-amylases, gluco-oxydase, catalase…) et d’un grand nombre de phyto-micro-constituants (polyphénols, molécules aromatiques). La composition spécifique de ces derniers est en partie dépendante de l’origine florale du miel. La composition du miel lui confère des propriétés très particulières, notamment une forte osmolarité et un pH relativement acide (compris entre 3.5 et 5.5).

Pouvoir antibactérien

La propriété cicatrisante du miel peut être séparée en deux types d’activité : d’une part, une activité antimicrobienne et, d’autre part, une activité stimulatrice des tissus épidermiques. De nombreuses études in vitro ont démontré l’action antimicrobienne du miel. La présence de peroxyde d’hydrogène (un puissant bactéricide) produit par la gluco-oxydase, la présence de nombreux flavonoïdes, l’acidité et l’osmolarité sont des éléments importants qui contribuent à l’effet antimicrobien. Le miel inhibe donc la croissance de nombreux germes pathogènes dont Pseudomonas pycyanea, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Proteus mirabilis, Bacillus subtilis, Streptococcus faecalis, Streptococcus pyogenes, des Enterobacter, des coliformes et des Klebsiella. D’autres études ont également montré que le miel de manuka exerçait une activité antibactérienne sur différentes souches gram+ résistantes aux antibiotiques (Staphylococcus methillinorésistant ou Enterococcus vancomycinorésistant).

Cicatrisation

Lors du processus de cicatrisation, lorsque le miel est déposé sur la plaie, les différents éléments bactéricides vont empêcher le développement des bactéries, et la forte osmolarité du miel va générer un flux de lymphe vers l’extérieur, entraînant avec lui bactéries et autres débris cellulaires.

Le miel contribue à garder une atmosphère humide au niveau de la plaie qui facilite la régénération de l’épithélium à la surface de la plaie plutôt que sous la croûte comme c’est le cas pour les plaies sèches. Son côté visqueux et humide permet également de changer régulièrement les pansements au miel (en fonction de la taille de la plaie et de son exsudation) sans arracher le nouveau tissu en pleine reconstruction, et sans douleur pour le patient. Des expériences in vitro ont montré que le pH, la teneur en peroxyde d’hydrogène et la vitamine C, créent un environnement favorable à la stimulation des fibroblastes (migration, prolifération et organisation du collagène) et à une néovascularisation dans le tissu cicatriciel.

Les vertus cicatrisantes du miel sont de nos jours bien connues et décryptées. De nombreuses équipes médicales à travers le monde utilisent maintenant cette technique de pansements pour favoriser les processus de cicatrisation. À ce titre, citons l’immense travail du professeur Descottes et de toute son équipe au CHU de Limoges qui travaillent maintenant depuis plus de vingt-cinq ans à établir des protocoles de soins très rigoureux et très efficaces. Au cours de toutes ces années, cette équipe a utilisé le miel pour soigner plus de 3 000 patients avec un taux de réussite de 98 % ! Cette technique se révèle ainsi très avantageuse, non seulement par son efficacité pour augmenter la vitesse de cicatrisation, mais aussi par son faible coût économique.

Nicolas Cardinault

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