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Mesure des propriétés mécaniques de tissus vivants

Publié le 10 juin 2013 par Evelyne Gisselbrecht
Source : (Source : CSM Instruments)

Dans le cadre d’un projet CTI, le CSEM et CSM Instruments ont conçu un appareil de mesure novateur destiné à établir l’élasticité des tissus biologiques. Unique en son genre, l’instrument permettra de mieux comprendre les maladies comme l’artériosclérose ou la progression de tumeurs, d’en déduire des méthodes de diagnostic, et de développer et d’optimiser des implants pour le génie tissulaire.

Une modification de l’élasticité des tissus mous est observée dans de nombreuses maladies comme l’artériosclérose, l’arthrose ou le cancer. Pour mieux comprendre ce phénomène de changement d’élasticité et concevoir de nouveaux outils de diagnostic, les chercheurs doivent pouvoir mesurer les propriétés mécaniques de ces tissus. Jusqu’à aujourd’hui, de tels équipements de mesure faisaient défaut. Cette lacune est maintenant comblée par le « Bioindenter », un équipement novateur développé conjointement par la société suisse CSM Instruments et le Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique (CSEM). Cet instrument est le résultat de l’accomplissement d’un projet financé par la Commission de la technologie et de l’innovation (CTI), d’une durée de dix-huit mois, réalisé dans le cadre des mesures d’accompagnement contre le franc suisse fort. Il permet pour la première fois de mesurer localement la rigidité et la viscoélasticité de tissus mous dans un environnement physiologique.

Un modèle inspiré de la science des matériaux

Ce projet témoigne du succès de l’initiative de la CTI, succès qui repose sur l’excellente collaboration fructueuse entre recherche et industrie. CSM Instruments a fait appel au CSEM pour résoudre un problème concret et a ainsi bénéficié des connaissances spécialisées de son partenaire technologique. Etablie à Neuchâtel, CSM Instruments développe et fabrique des instruments de précision pour la mesure de propriétés mécaniques de surfaces dures à l’échelle micrométrique et nanométrique. «Les clients ont souvent exprimé le souhait d’analyser des échantillons biologiques», explique Jiri Nohava, ingénieur d’application chez CSM Instruments. Pour adapter les outils de mesure existants aux tissus mous, leurs ingénieurs ont conçu et optimisé un capteur de force à haute résolution approprié pour ce type d’échantillons et qui utilise des forces extrêmement faibles de l’ordre du micro-Newton. Par ailleurs, ils ont optimisé les mécanismes de l’appareil et adapté le logiciel. Enfin, il a également été nécessaire de développer une chambre de mesure adaptée aux tissus biologiques. C’est ici que le CSEM s’est révélé le partenaire de recherche idéal, car doté d’une vaste expérience dans la conception d’applications pour la biologie et la nanotechnologie.

Une approche interdisciplinaire

La chambre de mesure « Biochamber » doit répondre à de nombreuses exigences mécaniques, géométriques et biologiques afin d’être montée sur le « Bioindenter ». Lors des mesures mécaniques, les tissus biologiques doivent être placés et maintenus dans un environnement physiologique disposant d’un contrôle précis de la température. En même temps, le porte-échantillons doit être compatible avec le matériel pour la culture tissulaire. Idéalement, le processus d’indentation de certaines entités biologiques doit pouvoir être observé in situ à l’aide d’un microscope. Le prototype opérationnel a été développé en neuf mois seulement par les deux partenaires. Il est compatible avec les consommables de plastique et de verre couramment utilisés en laboratoires et dispose d’une unité de contrôle de la température pour garantir les conditions exigées par les échantillons. Le CSEM s’est également chargé de l’intégration d’un microscope dans la chambre de mesure. «L’approche interdisciplinaire du CSEM a joué un rôle fondamental dans la réussite de ce projet», commente Gilles Weder, responsable du projet auprès du CSEM. «Des biologistes, physiciens, chimistes et ingénieurs ont travaillé en étroite collaboration pour relever le défi.» La proximité géographique des deux partenaires et la grande expérience du CSEM dans la conduite de projets CTI avec l’industrie ont été d’autres facteurs importants du succès de ce partenariat.

Conquête d’un nouveau marché

Les domaines d’application du nouvel instrument sont vastes. La recherche médicale y figure au premier plan, notamment pour la compréhension de l’évolution de maladies ou l’étude fondamentale de tissus biologiques. A l’heure actuelle, le plus fort potentiel de marché gravite autour de nouvelles méthodes de diagnostic et autour du développement de nouveaux implants tissulaires ou autres produits médicaux auxiliaires qui interagissent avec les tissus humains, comme les lentilles de contact. Le projet a permis à CSM Instruments de s’ouvrir au marché à forte croissance des sciences de la vie.

Contact :

CSEM SA, CH-2002 Neuchâtel, www.csem.ch

CSM-Instruments SA, CH-2034 Peseux, www.csm-instruments.com

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