Diagnostics : les laboratoires du futur auront la taille d'une puce informatique

C'est une plaque transparente de la taille d'une carte de crédit avec, à l'intérieur, plusieurs disques ressemblant à des composants électroniques. L'objet ne paie pas de mine. Et pourtant, il s'agit d'un laboratoire sur puce, un objet destiné à remplacer à lui seul l'équipement scientifique contenu dans une pièce de... 15 mètres carrés ! Jean-Michel Peyrin, directeur de recherche au CNRS, nous raconte cette révolution en cours : "Pendant longtemps, dans les labos de chimie, on mélangeait des actifs dans des grosses fioles. On transférait ensuite le contenu dans des chromatogrammes, des appareils gros comme une table servant aux analyses. Désormais, cette succession d'étapes expérimentales peut s'effectuer dans des microcanaux de la taille d'un cheveu !"

Les laboratoires d'analyse médicale se miniaturisent eux aussi. Au lieu d'utiliser les fameuses boîtes de Petri, les chercheurs se tournent désormais vers des tout petits dispositifs munis de tubulures extrêmement fines, dans lesquels les fluides circulent et se mélangent. "Nous entrons dans l'ère de la microplomberie", résume le spécialiste. Un basculement rendu possible par les progrès de la microfluidique, la science de la manipulation des gouttes à l'échelle micrométrique (un millionième de mètre).

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"Pendant longtemps, cette discipline est restée confinée entre les mains des physiciens issus de la microélectronique. Désormais, c'est un champ de recherche appliquée beaucoup plus vaste et très prometteur", constate Emmanuel Roy, le patron de la start-up Eden Microfluidics. Les fabricants d'imprimantes excellent depuis longtemps dans ce domaine. "Les buses de 20 microns qui équipent nos appareils peuvent projeter 50 000 gouttes d'encre par seconde. Les plus petites d'entre elles font à peine 1,5 picolitre, soit 0,0000000000015 litre", explique Thierry Bagnaschino, directeur marketing France chez Epson.

Un microdispositif pour détecter les cancers

Mais si la microfluidique a le vent en poupe aujourd'hui, c'est surtout parce qu'elle s'apprête à révolutionner le diagnostic médical. D'ici cinq à dix ans, les médecins pourraient voir débouler sur leur bureau un appareil miniature capable de rendre un diagnostic aussi sophistiqué que celui des grands labos d'analyse. Urine, salive, sang... "A partir d'échantillons très réduits, on va pouvoir déterminer quel virus vous avez et évaluer sa résistance aux traitements", se réjouit Guilhem Velvé Casquillas, patron de la jeune pousse Elvesys. Bien entendu, pour en arriver là, il faudra que la science des fluides progresse encore. Mais l'institut Curie, par exemple, travaille déjà sur un système de poche capable de détecter un cancer. "L'idée est de faire passer le sang du patient dans un microdispositif qui va détecter les cellules tumorales circulantes, qui sont des marqueurs de la maladie", explique Patrick Tabeling, ancien directeur de l'Institut Pierre-Gilles de Gennes.

Couplée avec la technologie des cellules souches, la microfluidique va aussi permettre de fabriquer des organes sur puces. "L'idée n'est pas de reproduire un muscle en intégralité, mais de répliquer certaines fonctions vitales, explique France Hamber, patronne de la start-up Fluigent. Nos puces microfluidiques miment le fonctionnement du foie ou des poumons. Elles intègrent un canal dans lequel les cellules humaines évoluent à 37 °C et sont alimentées par un flux sanguin. Ce système permettra, à terme, de tester l'efficacité ou la toxicité de certains médicaments." "De notre côté, nous avons bâti un miniréseau de neurones qui s'attache à reproduire certains effets de la maladie de Parkinson", explique Jean-Michel Peyrin. Nous avons également mis au point un modèle reproduisant des microaccidents vasculaires cérébraux."

Tester 10 000 molécules en une journée

Ces dispositifs expérimentaux basés sur des cellules humaines n'ont pas seulement une valeur prédictive supérieure à celle des modèles basés sur des animaux ou sur des cultures de cellules privées de leur environnement. Ils sont aussi moins chers et plus rapides que les techniques traditionnelles. "Avant, une campagne destinée à tester 10 000 molécules coûtait 1 million d'euros. Elle nécessitait l'emploi de robots et pouvait prendre trois mois. Aujourd'hui, les chercheurs espèrent effectuer le même travail en une journée grâce à l'utilisation d'un labo miniature ! C'est un peu comme la loi de Moore pour l'informatique. On va gagner énormément en puissance", explique Jean-Michel Peyrin.

Les applications de cette technologie de rupture débordent largement du cadre médical. Les professionnels de l'agroalimentaire et les fabricants de peintures peuvent se servir de la microfluidique pour détecter la présence d'allergènes ou d'autres substances nocives dans leurs produits. Dans le domaine de l'énergie, la maîtrise des microgouttes pourrait servir à créer et capturer de l'hydrogène qui servirait ensuite de carburant. "Les procédés chimiques nécessaires ne sont pas nouveaux, mais nous cherchons à accroître leur efficacité en utilisant une plateforme microfluidique", explique Alexander McMillan, fondateur de la startup Elvesys.

Modéliser la transpiration

De son côté, Eden Microfluidics élabore une technologie pour l'épuration des eaux (perturbateurs endocriniens, antibiotiques...) s'inspirant des réseaux microvasculaires du corps humains . Cette approche biomimétique permet d'envisager à échelle domestique, industrielle ou collective (station d'épuration), des systèmes 100 fois moins énergivores et 10 fois plus compacts et performants que les approches traditionnelles.

Dans le domaine des cosmétiques, la microfluidique semble également promise à un bel avenir. Les grandes marques comme Chanel l'utilisent déjà pour élaborer de nouveaux produits. "En encapsulant les principes actifs, on peut travailler le visuel d'une crème, et procurer de nouvelles sensations au toucher", détaille Laurie Dewandel, responsable de la communication chez Capsum. Même les fabricants de déodorants font leur révolution : "Jusqu'ici, pour tester leur efficacité, ils faisaient pédaler des volontaires dans des saunas avec des couches sous les bras. A l'avenir, la transpiration sera modélisée dans un laboratoire sur puce. C'est 60 fois plus rapide que l'ancienne méthode, et les résultats sont plus précis", assure France Hamber. De quoi apporter quelques gouttes d'eau au moulin de sa start-up.