2. Le concept des puces à ADN va s'étendre à d'autres macromolécules d'intérêt biologique
Il s'agit des protéines ou des polysaccharides. En effet, de nombreuses actions biologiques se déroulent en raison de l'interaction entre des protéines et/ou entre des protéines et des sucres (réactions immunitaires par exemple).
Cet exemple des puces montre donc que la détermination d'un très grand nombre de mesures biologiques (plusieurs dizaines de milliers) sur un seul échantillon de taille réduite est possible alors que la règle commune est plutôt de n'être capable que de faire des mesures en quantités limitées sur des échantillons dont on dispose d'un volume important.
Ainsi que l'indiquait M. Jean-Louis PAUTRAT : « la biologie moderne et plus particulièrement l'analyse génétique recourent très largement à des moyens d'analyse sophistiqués consistant à faire réagir un produit issu d'un prélèvement avec différents enzymes ou réactifs, à séparer des fragments de différentes tailles, à identifier ceux qui ont réagi grâce à un marquage fluorescent... On cherche également, à partir d'un prélèvement sanguin, à identifier et à compter les différents types de globules, ou encore à travailler avec une seule cellule en la soumettant à différents réactifs, comme on l'a vu plus haut. A mesure que ces opérations se banalisent, on tente de réduire la dimension des appareillages pour travailler sur des quantités de produit toujours plus faibles, soit parce que l'on ne dispose pas d'un prélèvement important, soit parce que les réactifs sont très coûteux, soit encore parce que le diamètre du milieu de réaction doit être le plus proche possible de celui d'une cellule, 10 microns par exemple.
La recherche des petites dimensions a naturellement conduit à regarder du côté de la microélectronique, success story de la décennie, qui a parfaitement illustré l'adage « smaller, faster, cheaper » et démontré que des réalisations très complexes et nécessairement coûteuses pouvaient largement bénéficier de la miniaturisation. La réduction des dimensions permet de passer à une production de masse, d'améliorer les performances et de réduire le coût à l'unité. Cette stratégie doit également pouvoir s'appliquer à un domaine en rapide expansion, tel celui des biotechnologies. A la différence de la microélectronique, toutefois, il ne s'agit plus de manipuler des électrons et de faire circuler du courant électrique mais de mettre en mouvement des molécules et des milieux complexes comportant des fluides et des macromolécules. Il faut donc produire et assembler tous les éléments pour fabriquer un montage de chimie, à l'image de la panoplie du parfait petit chimiste que le Père Noël nous avait apportée : des tubes, des robinets, des chaufferettes, des jonctions entre tubes, des pompes, etc...
Deux types de besoins se manifestent : réduire la taille des tuyaux transportant des fluides, les associer à toutes sortes de composants pour maîtriser le transport et pouvoir mener à bien l'ensemble des opérations physicochimiques sur les fluides. A ces deux conditions, il sera possible de fabriquer des microlaboratoires (6 ( * )) ».
En effet, il est vite apparu que les nanotechnologies imposeraient la manipulation de volumes d'échantillons (des liquides) de plus en plus petits. Deux raisons pour cela : la première est d'ordre théorique. En effet, la plupart des réactions chimiques sont limitées par la diffusion des espèces moléculaires dans le volume de réaction. Le calcul indique que si la vitesse de réaction est proportionnelle au carré de la distance moyenne à parcourir pour que les partenaires de la réaction se rencontrent. Toutes choses égales par ailleurs, si une réaction chimique (par exemple une réaction entre un anticorps et un antigène) met 24 heures à se réaliser dans un tube à essais de 1 cm de diamètre, cette réaction mettra quelques secondes si le flacon de réaction est réduit à une taille de quelques micromètres. Faire petit signifie faire rapidement.
Le deuxième est d'ordre pratique, on cherche en effet à avoir de très nombreuses informations sur petits échantillons, voire sur le contenu d'une seule cellule. Le concept de microfluidique (ou de nanofluidique selon le volume manipulé) s'est développé afin de faire progresser, se faire se rencontrer et inter réagir des réactifs divers. Là encore les outils développés par les micro technologies sont d'une grande utilité.
L'idée de l'alliance entre les nanotechnologies et la biologie s'illustre également par de récents travaux qui reposent sur la réalisation de transistors de taille nanométrique utilisant des nano fils de silicium. Sur ces nano fils (7 ( * )) de silicium sont greffés chimiquement des protéines capables de se lier spécifiquement à certains composés d'intérêt biologique. Les propriétés électriques du transistor varient en fonction de la quantité de substance fixée sur les protéines accepteurs. Ceci réalise donc un capteur de taille nano-métrique permettant un dosage spécifique et précis de composés biologiques. Ces dispositifs peuvent de plus facilement être interfacés avec des dispositifs électroniques de contrôle.
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6
M.
Jean-Louis PAUTRAT - « Demain le nanomonde - Voyage au coeur du
minuscule » - Fayard - 2002.
* 7 Les « nanowires » font l'objet de recherches très intéressantes du Pr Paul MATSUDAIRA rencontré par les rapporteurs au MIT.