Les médicaments du futur sont déja là! au labo!!

D'importants développements scientifiques et technologiques se sont réalisés au cours des dernières années en biologie.
Ils auront une importance de plus en plus grande sur les sciences du vivant et leurs applications industrielles au cours des prochaines années par l'intermédiaire des biotechnologies. Leur influence se fait notamment sentir dans la conception de nouveaux médicaments, la mise au point de tests diagnostiques, d'appareillages bioélectroniques et de services.
On constate en effet que trois domaines entrent en interdépendance: le moléculaire, le numérique et le mécanique. Cette convergence se traduit par des relations toujours plus étroites entre biotechnologies, infotechnologies, nanotechnologies et microélectroniques

1.Impact des progrès scientifiques et techniques sur les recherches en biologie

L'impact du progrès scientifique et technique sur les recherches appliquées en biologie a pu être constaté dans des domaines qui ont contribué à accélérer de manière significative le rythme de la recherche et la mise au point de nouveaux produits. La chimie combinatoire, permettant la synthèse en parallèle de nombreuses molécules, a fourni aux méthodes traditionnelles de screening de nombreuses voies nouvelles pour explorer des traitements efficaces et moins coûteux.
L'aide de l'ordinateur dans la réalisation de graphisme moléculaire et dans la simulation de processus complexes a favorisé l'étude des mécanismes moléculaires de reconnaissance enzymatiques et du fonctionnement de la catalyse enzymatique. Grâce à l'ordinateur il est devenu possible, non seulement de visualiser des molécules complexes, mais de vérifier les modifications que l'on pouvait réaliser, d'abord en numérique et ensuite au laboratoire. Le développement de polymères et de matériaux "intelligents" a permis la mise au point de systèmes d'administration contrôlée de médicaments, selon des périodes et des localisations définies d'avance.
Les percées réalisées dans le domaine de la génomique, de la bioinformatique et de la conception rationnelle de médicaments assistée par ordinateur, ont considérablement accéléré le développement de nouvelles classes thérapeutiques. Enfin, l'essor des nanotechnologies, l'utilisation d'outils puissants, tels que le microscope à effet tunnel (MET), le microscope à force atomique (MFA), l'avènement des biopuces, des biotransistors et de l'électronique moléculaire, ouvrent des voies nouvelles pour la mise au point de tests de diagnostic, de puces implantées destinées à modifier certaines fonctions métaboliques ou à corriger des handicaps.



Certaines de ces microstructures se retrouvent intégrées dans des micro-usines fonctionnelles, telles que des nanolaboratoires ou des MEMS (microelectromechanical systems). Les percées réalisées dans la mise au point de nouveaux médicaments à partir du décryptage du génome humain s'appuient sur une relation toujours plus étroite entre biologie et informatique. Le domaine désormais stratégique de la génomique apparaît, en fait, constitué de nombreux sous ensembles. La génomique serait impossible sans l'essor de la bioinformatique.
Les différentes approches de la bioinformatique mettent en jeu la recherche de gènes dans des bases de données (genome data mining), la protéomique, (application des techniques de la génomique à l'étude des protéines et de leurs fonctions), la génomique structurelle permettant d'analyser la structure tridimensionnelle des molécules codées par le génome, et enfin l'automatisation des moyens de cristallographie par rayons X. La puissance de ces outils conduit directement à la conception rationnelle de médicaments, à la définition de molécules actives fondée sur l'étude des structures des récepteurs, et bénéficient de la simulation sur ordinateur qui, grâce à la puissance des processeurs et à la taille des mémoires permet d'analyser les différents effets bénéfiques ou préjudiciables des nouvelles molécules en cours de tests.
L'importante quantité d'informations résultant des études de génomique et de protéomique, nécessitent la mise en œuvre de techniques puissantes d'analyse par des biopuces dont les informations sont lues par des systèmes robotisés, tels que le système Zeus utilisé par la société Millenium. Afin d'illustrer de manière concrète les applications et les débouchés de ces nouvelles technologies dans le domaine du médicament ou de tests diagnostiques, il paraît opportun de donner un certain nombre d'exemples.

2.Les nouveaux ingénieurs de gènes

L'évolution des relations entre l'Homme et les Sciences du vivant peut être envisagée en quatre grandes phases : le passage d'une biologie "descriptive" (classement des espèces), à une biologie "explicative" par suite de l'essor de la biologie moléculaire, puis "transformatrice" par le génie génétique et les biotechnologies, et désormais "impliquante" en raison des progrès de la génomique conduisant l'homme à devenir sujet et objet de ses propres expériences. De nouvelles technologies, issues principalement de la biologie moléculaire, de la chimie et de l'informatique ouvrent la voie à des médicaments et tests du futur et auront un impact profond sur les applications industrielles des sciences de la vie.


3.Pilules intelligentes, nems et nanolaboratoires


Avec les nanotechnologies s'ouvre un nouvel univers d'usinage de pièces miniaturisées pouvant servir dans des systèmes de diagnostics ou des appareils implantables.
Plusieurs exemples d'appareil fonctionnels ont été décrits au cours de ces dernières années: des "pilules intelligentes" capables d'administrer des médicaments selon des procédures précises à partir d'une implantation permanente dans le corps et de traiter ainsi des maladies graves ; des nanolaboratoires pouvant analyser en parallèle plus de 500.000 molécules nouvelles par jour; ou des micro-usines fondées sur le principe des MEMS (microelectromecanical systems), capables de synthétiser des structures complexes, de séparer des mélanges comportant des concentrations très faibles de molécules, ou de procéder à la catalyse de processus variés.


De tels nanolaboratoires fabriqués selon les techniques des microprocesseurs ("lab on a chip"), et renfermant de minuscules canaux dans lesquelles circulent des molécules, des pompes miniatures, des microréacteurs, des systèmes de séparation, sont aujourd'hui capables de réaliser des centaines de milliers de tests à l'heure en fonctionnant en parallèle.
Une application spectaculaire des MEMS est la "pilule intelligente" fabriquée par Robert Langer du MIT. Dans les laboratoires du Massachusetts Institute of Technology, le professeur Langer a développé un implant sous-cutané comportant des réservoirs miniatures remplis de médicaments et recouvert d'une membrane d'or jouant le rôle d'anode (10). Sous l'effet d'un faible courant électrique provenant, par exemple, d'un biocapteur, les réservoirs s'ouvrent libérant in situ le produit actif. Depuis plusieurs années, des chercheurs de nombreux laboratoires pharmaceutiques dans le monde travaillent à la mise au point de systèmes à base de capsules ou de vésicules contenant les médicaments et capables de diffuser lentement leurs précieux produits au cours du temps. Ces capsules programmées sont contrôlables à distance par de très faibles courants électriques. Elles sont en effet fabriquées à partir de polymères formant un gel qui se dissout dans l'eau dès qu'il reçoit un très faible courant électrique. L'astuce des chercheurs a été de fabriquer des minuscules capsules en couches successives comme une pelure d'oignon. Les doses contrôlées du médicament (par exemple de l'insuline pour les diabétiques) sont renfermées entre chaque couche de la capsule. Au passage du courant électrique une couche est éliminée ce qui libère le médicament dans le corps. Ce processus peut être répété autant de fois que nécessaire.


Avantage : des doses régulières et contrôlées et une grande rapidité de diffusion du produit. La capsule est implantée sous la peau et le courant électrique programmé par un microprocesseur. Les applications sont nombreuses: administration d'insuline, de produits anti-douleur ou d'hormones. Le professeur Robert Langer à utilisé ce principe pour concevoir une pilule bioélectronique implantable dans le corps et libérant les produits qu'elle contient pendant des durées atteignant plusieurs mois.
Cette pilule en silicium est creusée de milliers de petits trous remplis avec des médicaments puissants susceptibles d'être distribués au moment voulu à partir d'un signal reçu par des biocapteurs. Chaque trou est en effet recouvert d'un gel sensible à un courant électrique et capable de se dissoudre. Les médicaments sont ainsi libérés à l'endroit voulu et à la concentration désirée.
La société américaine Caliper Technology, a développé un nanolaboratoire tenant sur une puce (lab on a chip) avec des capillaires de quatre-vingts microns de diamètre et des volumes de quelque picolitres. Le professeur Mauro Ferrari de la Ohio State University a réussi à fabriquer un "implant intelligent" capable d'administrer de l'insuline à des diabétiques par l'intermédiaire de cellules vivantes enrobées à l'intérieur d'un micro réservoir comportant une membrane poreuse.

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