Biotechnologies et cultures cellulaires

Les biotechnologies utilisent des organismes vivants ou leurs composants pour produire des connaissances, des biens et des services, notamment en santé, agriculture et industrie.

À retenir par couleurs : verte — agriculture et environnement ; rouge — santé ; bleue — organismes marins et aquatiques ; jaune — agroalimentaire ; blanche — industrie. Exemples : plantes améliorées, vaccins, molécules marines, fermentation alimentaire et enzymes industrielles. Les vaccins à ARN messager contre le Covid-19 illustrent une innovation médicale majeure.

Les nanobodies, petits anticorps dérivés des camélidés, pénètrent plus facilement dans les tissus et les tumeurs pour cibler les cellules malades. Le cyclotron produit des isotopes radioactifs à courte durée de vie utilisés en imagerie, notamment pour la TEP. PubMed rassemble des articles scientifiques et médicaux ; l’IA aide au diagnostic, à l’analyse génomique, à la modélisation de molécules et à la prédiction de l’évolution des maladies.

Avec l’expérience du « foie lavé », Claude Bernard élimine le sucre d’un foie animal en le lavant, puis constate qu’après quelques heures il contient de nouveau du glucose. Il montre ainsi que le foie ne fait pas que stocker le sucre alimentaire : il peut aussi fabriquer et libérer du glucose, ce qui éclaire le métabolisme sucré.

La souris, le poisson-zèbre et la drosophile servent de modèles pour étudier les mécanismes biologiques et mieux comprendre des pathologies humaines. Les biotechnologies et les activités humaines peuvent affecter les écosystèmes et la biodiversité : leurs impacts environnementaux doivent donc être évalués.

Une innovation en santé se juge par sa nouveauté, sa sécurité, son utilité et son bénéfice pour le patient. Elle peut être technologique, organisationnelle ou sociétale ; elle doit répondre à un besoin réel et favoriser les meilleurs soins.

En cancérologie, le robot chirurgical représente une innovation organisationnelle et technologique : il améliore la précision opératoire et réduit séquelles et effets secondaires. À l’échelle cellulaire et génétique, les cellules CAR-T sont des lymphocytes du patient modifiés pour exprimer un récepteur chimérique artificiel, qui leur permet de reconnaître puis détruire les cellules cancéreuses.

Le financement doit concilier l’accès aux soins pour les patients qui en ont besoin, le choix de la meilleure solution thérapeutique par les professionnels et le rapport coût-bénéfice pour l’assurance maladie et la collectivité. Une innovation peu efficace dans la durée perd son intérêt médical et économique ; l’industrie doit aussi pouvoir investir en recherche et développement.

Les tests de prédisposition portant sur BRCA1 et BRCA2 révèlent un risque, mais ne suffisent pas à prévenir la maladie ni à en suivre précisément l’évolution chez une personne. En France, ils sont strictement encadrés et réservés à des circonstances médicales précises ; leur vente directe au grand public dans d’autres pays soulève des enjeux de gestion de l’information sans accompagnement adapté.

CRISPR-Cas9, ciseau moléculaire, réalise des coupures double-brin ciblées dans l’ADN ; avec d’autres enzymes, il permet de réparer ou modifier une séquence à un endroit précis. Toute édition génomique doit répondre à un intérêt médical majeur et avéré, dans le respect de contraintes éthiques.

La cellule peut se diviser, se différencier et mourir. Elle fabrique ses constituants à partir de substances présentes dans son environnement, suit un programme de différenciation spatio-temporel précis et peut évoluer par sélection naturelle.

Le schéma classique de l’expression génétique se mémorise ainsi : ADN → ARN → protéines. L’ADN est transcrit en ARN, puis l’ARN est traduit en protéines, qui participent aux fonctions cellulaires, dont la prolifération et la différenciation.

Ce modèle classique ne suffit pas à décrire la régulation : les signaux externes et les protéines influencent l’expression génétique. Des facteurs de croissance et des facteurs de transcription modulent la condensation ou la décondensation de la chromatine, ce qui agit sur la transcription de l’ADN.

In vivo : dans l’organisme ; in vitro et ex vivo : cellules étudiées hors de l’organisme. Le sang prélevé donne une photographie de leur état à cet instant.

Le milieu sélectionne : sous antibiotiques, les cellules résistantes survivent ; sur plastique, les adhérentes s’accrochent, tandis que les non-adhérentes restent dans le surnageant et peuvent être éliminées.

Les cellules sanguines ou immunitaires en suspension proviennent du sang périphérique, de la moelle osseuse, des liquides physiologiques ou du sang de cordon. Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont repérées par CD34 en cytométrie en flux.

La lignée HeLa, issue d’un carcinome cervical, date de 1951. Un tissu se dissocie mécaniquement, par trypsine (liaisons peptidiques) ou par EDTA (calcium des jonctions). À faible densité, la perte des signaux d’arrêt de contact favorise la prolifération.

Les lignées se multiplient indéfiniment, mais dérivent parfois après 10 à 20 passages. Des stocks précoces conservés à −196 °C permettent de revenir à des passages antérieurs.

Totipotentes : individu et annexes ; pluripotentes : tissus de l’individu, sans annexes ; multipotentes : plusieurs types d’un même tissu. Les cellules souches embryonnaires sont encadrées par la bioéthique ; leur risque tératogène favorise le recours clinique aux cellules adultes.

Le PSM et ses filtres HEPA protègent la culture stérile. L’incubateur maintient notamment 37 °C, des gaz régulés et un milieu isotonique. Le rouge de phénol jaunit si le milieu s’acidifie : déchets, surpopulation ou manque d’oxygène peuvent l’expliquer.

Quatre phases : latence (adaptation), exponentielle (divisions rapides, cycle moyen de 6 à 10 heures), stationnaire (saturation ou manque de ressources), déclin (mortalité). Renouveler le milieu ou repiquer les cellules aide à prévenir le déclin.