La science devient plus petite. Des nouveaux matériaux bidimensionnels aux nano-robots, bon nombre des dernières avancées sont réalisées à des échelles impossibles à voir avec l'œil humain.
La dernière technique pour faire bouger les choses au niveau micro est un moyen de piéger et d'étudier les cellules vivantes individuelles pour essayer de comprendre pourquoi elles fonctionnent mal lorsqu'elles sont malades. Jusqu'à maintenant, les scientifiques l'ont fait avec des « micropièges » à électrodes et des réseaux très complexes de canaux sculptés dans des puces en plastique.
Mais maintenant, il existe un moyen d'analyser jusqu'à des millions de cellules simultanément en les plaçant dans de minuscules gouttelettes d'eau dans l'huile pas beaucoup plus grosses que les cellules elles-mêmes. Cela pourrait accélérer massivement les efforts pour identifier les cellules malades, trouver de nouvelles molécules médicamenteuses ou de nouvelles façons de diagnostiquer une maladie.
L'époque où les scientifiques réalisaient des expériences en mélangeant des produits chimiques dans de grands flacons en verre est révolue depuis longtemps. De nos jours, les tests sont effectués dans des plateaux ponctués d'un certain nombre de trous "micropuits" qui ne nécessitent que quelques microlitres (millionièmes de litre) de chaque échantillon. La difficulté d'aller beaucoup plus petit est qu'il est difficile de déplacer le liquide à cette échelle car de très petites gouttes ont tendance à s'agglomérer ou à s'évaporer.
Bien que le potentiel d'encapsulation de cellules individuelles ait été identifié dès les années 1950, le domaine des gouttelettes s'est vraiment accéléré avec l'émergence de technologies de fabrication empruntées à l'industrie des semi-conducteurs.
La solution de microgouttelettes consiste à séparer et à protéger chaque picolitre (un trillionième de litre) goutte d'eau en l'enveloppant dans de l'huile. Pour faire ça, vous alimentez l'eau et l'huile à travers de minuscules tubes dans un dispositif "microfluidique" et les forcez à se rencontrer à une jonction croisée où elles se combinent en microgouttelettes individuelles. Cela peut créer plusieurs milliers de minuscules réacteurs chimiques identiques par seconde.
Chaque gouttelette représente un récipient de réaction individuel.
D'autres dispositifs microfluidiques peuvent être utilisés pour combiner, diviser ou trier les gouttelettes, tout comme un scientifique pourrait le faire à plus grande échelle avec une pipette Des produits chimiques spécialement formulés à l'interface entre l'eau et l'huile maintiennent les gouttelettes stables pendant plusieurs jours.
Trouver une aiguille cellulaire dans une botte de foin
Les gouttelettes sont une proposition attrayante pour résoudre les problèmes d'aiguille dans une botte de foin, comme l'isolement de cellules très rares avec une mutation ou une constitution moléculaire unique. Par exemple, les cellules d'une tumeur peuvent parfois se détacher et circuler dans la circulation sanguine, potentiellement causant un cancer ailleurs dans le corps (métastases). Trouver un moyen de détecter ces cellules tumorales circulantes (CTC) fournirait essentiellement une mise à jour des tests sanguins sur l'état du cancer d'un patient. Mais ils sont très difficiles à trouver car ils existent à des concentrations aussi faibles qu'un pour 10 ml de sang. L'utilisation d'une technique de microgouttelettes pourrait permettre aux médecins de passer rapidement au peigne fin les cellules d'un échantillon de sang d'un patient pour trouver un CTC.
Les techniques de microgouttelettes peuvent même aider à confiner des molécules d'ADN avec les protéines produites par des gènes spécifiques, tels que les biocatalyseurs ou les enzymes qui aident à activer certaines réactions chimiques dans un organisme vivant. Cela signifie que nous pouvons trouver de rares mutations de l'ADN qui se traduisent par des biocatalyseurs plus efficaces, un processus appelé évolution dirigée. Ceci est utile car de nombreux biocatalyseurs sont responsables des réactions nécessaires aux processus industriels, du lavage à l'aide de poudres détergentes à la fabrication de biocarburants.
Aujourd'hui, le processus de criblage de bibliothèques de gènes contenant des millions de membres codés devient de plus en plus routinier. Une autre application prometteuse consiste à utiliser des échantillons environnementaux dans la recherche de molécules qui pourraient être utilisées comme antibiotiques ou agents anticancéreux. De même, les chercheurs peuvent évaluer des collections d'anticorps dans l'espoir d'en trouver un qui puisse fonctionner comme un médicament.
Les techniques de microgouttelettes ont leurs limites. Par exemple, de petites molécules peuvent parfois diffuser à travers la phase huileuse en formant des gouttelettes en effet des compartiments fuyants. Pourtant, il reste encore de nombreuses avancées potentielles à faire. Par exemple, on peut imaginer une médecine véritablement personnalisée où de nombreux médicaments différents sont rapidement testés contre de nombreuses cellules de patients différentes pour trouver celui qu'il convient de prescrire. Les microgouttelettes n'ont eu qu'une décennie d'utilisation. Pensez à ce qu'ils pourraient réaliser à l'avenir.
Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original. 
