Empa Quarterly SANTÉ SUR MESURE - FOCUS
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Empa Quarterly RECHERCHE & INNOVATION II #65 II JUILLET 2019 FOCUS SANTÉ SUR MESURE CAPTEURS DE PEAU EN NANOCELLULOSE CAPUCHON D’INVISIBILITÉ POUR IMPLANTS CARDIAQUES MATÉRIAUX INNOVANTS CONTRE LES BIOFILMS www.empaquarterly.ch
[ ÉDITORIAL ] [ CONTENT ] [ FOCUS: SANTÉ SUR MESURE ] MATÉRIEL SÉMINAIRES L'ACADÉMIE DE POUR LA MÉDECINE DE DE L'EMPA DEMAIN (en allemand et en anglais) [ FOCUS ] 16 OSTÉOPOROSE 30 ÉNERGIE Chère lectrice, Comprendre les os à l’aide Production d’électricité cher lecteur, 26.–28. AUGUST 2019 06 INFECTIONS des méthodes d’analyse à des hauteurs élevées Tagung: 2nd Swiss & Surrounding Battery Days Matériaux biomédicaux des matériaux Le mot "médecine" Zielpublikum: évoque und Industrie Wissenschaft contre les agents en général des images de www.empa-akademie.ch/swissbattery pathogènes 18 CICATRISATION [ RUBRIQUES] médicaments, de piqures Empa, Dübendorf CRÉATIV Un matériau en mousse ou de salles d’opération, 09 DISQUES favorise une cicatrisation 04 LA Nature morte à PHOTO l'espion des fruits allie mais bien rarement de matériaux. Pour- INTERVERTÉBRAUX rapide œuvre d'art et science. tant,6.pour tenir ses SEPTEMBER promesses en matière 2019 Les rayons X dynamiques 22 BRIÈVEMENT de santé Kurs: personnalisée, la médecine dépend Klebetechnik für Praktiker évitent les opérations beaucoup de l’existence Zielpublikum: de Wirtschaft Industrie und matériaux no- inutiles [ THÈMES ] 34 EN ROUTE vateurs aux propriétés très particulières. www.empa-akademie.ch/klebetechnik Empa, Dübendorf 12 DIAGNOSTICS 24 RECYCLAGE C’est là que l’Empa entre en jeu. Les nou- Mesure des valeurs Que faire avec les piles veaux matériaux et les nouvelles technolo- sanguines avec des usagées d’origine gies,12.–13. c’est notre affaire2019 SEPTEMBER – également dans le capteurs nanocellulo- électrique des voitures? domaine desWelcome Tagung: medtechs. Nous y from to nano-scale: travaillons science to siques flexibles en collaboration avec des hôpitaux univer- health application 28 ÉNERGIE sitaires et cantonaux, Zielpublikum: notamment Wissenschaft ceux de und Industrie 30 14 SANTÉ DU CŒUR Une nouvelle plateforme Berne, Zurich et Saint-Gall. L’actuelle livraison www.empa-akademie.ch/nano-scale d’«Empa Empa,Quarterly» Dübendorf présente les étonnants LA RECHERCHE Adesystèmes BESOIN Les pompes cardiaques DE CRÉATIVITÉ recherche pour les artificielles nécessitenténergétiques résultats de cette interaction dynamique Les sciences adaptées des membranes naturelles et l’art sont plus proches que vous ne le pensez. en réseau entre médecins et chercheurs en matériaux. Des chercheurs de l’Empa ont fourni trois œuvres d’art pour l’exposition 24. SEPTEMBER 2019 «Artsci 2019» à l’ETH Zurich. Le public et les experts ont été enthousiasmés par Qu’ilTage s’agisse de développer der Technik: de nouveaux Green Engineering – Mit Technik [ COUVERCLE les chercheurs] en matériaux imaginatifs. Le professeur [ IMPRESSUM ] Thijs Defraeye matériaux biomédicaux gegen den Klimawandel aux propriétés anti- Comment reste- a même reçu le prix durons-nous public pour ÉDITEUR: «l’espion des fruits en bonne Empadu froid». qui venait bactérielles capables Zielpublikum: de prévenir la formation Öffentlichkeit santé et efficaces le plus longtemps Überlandstrasse 129 de biofilms – grave problème avant même www.tage-der-technik.ch Pour plus d'informations: www.empa.ch/web/s604/artsci2019 possible à l’avenir? Dans ce numéro, vous 8600 Dübendorf, Schweiz l’actuelle Empa, crise des antibiotiques –, de nouveaux Dübendorf découvrirez comment l’Empa y contribue. www.empa.ch cœurs artificiels pour les patients souffrant RÉDACTION: Empa Kommunikation d’une insuffisance cardiaque, une mousse DIRECTION ARTISTIQUE: facilitant la guérison 25. SEPTEMBER 2019des plaies et prévenant la 12 24 PAUL AND CAT. www.paul-and-cat.com formation épidermiques deWärmebehandlung, Kurs: Die vilaines cicatrices, zur gezieltencomme aide Einstellung vonau ein ou des capteurs "Werkzeug" diagnostic. Eigenschaften CONTACT: Tél. +41 58 765 47 33 Zielpublikum: Industrie und Wirtschaft empaquarterly@empa.ch Il enwww.empa-akademie.ch/waerme est des techniques médicales comme www.empaquarterly.ch des techniques de l’énergie: les nouveaux Empa, Dübendorf PERFOR MANCE PUBLICATION: matériaux ne feront pas tout, mais rien neutral publié quatre fois par an de se fera sans nouveaux matériaux. istock, Twingtec, Empa Imprimé No. 01-19-120301 – www.myclimate.org © myclimate – The Climate Protection Partnership ISSN 2297-7406 120_foto-bylines_x12 Empa Quarterly (édition française) En vous souhaitant bonne lecture, et à notre prochaine livraison! Image: istock Vous trouverez la liste complète des événements sur www.empa-akademie.ch. 06 16 Images: Votre MICHAEL HAGMANN 2 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 3 35
[ LA PHOTO ] DÉFORMATION DÉSIRÉE Depuis mai 2019, le Remstal près de Stuttgart abrite un bâtiment en bois unique en son genre: une tour en planches d’épicéa auto- formées. La méthode développée à l’Empa et à l’EPFZ utilise le gonflement et le rétrécissement naturels du bois sous l’influence de l’humidité et permet ainsi une architecture nouvelle et inattendue pour la construction avec le bois, une ressource renouvelable et durable. Pour plus d’informations: www.empa.ch/web/s604/urbach-tower Image: ICD/ITKE Universität Stuttgart 4 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 5
[ FOCUS: SANTÉ SUR MESURE ] [ DISQUES INTERVERTÉBRAUX ] UN SQUATTER T rop de personnes devant être hospitalisées voient leur situation se déteriorer du OMNIPRÉSENT fait de leur hospitalisation. Dans les pays industrialisés, la moyenne des victimes d’infections dites nosocomiales est de sept pourcent. Aux soins intensifs, ce chiffre est encore plus élevé. Certaines de ces pathologies Les biofilms sont des amas extrêmement résistants de germes qui posent bien des problèmes, en particulier peuvent dégénérer en empoisonnement dans les hôpitaux. Ils se développent à la manière d’un organisme, s’étendent sur les plaies ou colonisent implants et sanguin (septicémie) à l’issue incertaine. produits médicaux. On compte sur des matériaux biomédicaux aux surfaces novatrices pour leur faire obstacle. Les germes pathogènes ont particulière- Texte: Andrea Six ment beau jeu lorsque le patient subit un traitement invasif. Qu’on l’intube pour lui permettre de respirer, pour lui apporter des liquides ou pour évacuer son urine, les germes pathogènes s’en mêlent. On ne sait pas encore comment prévenir ces infections. Une équipe de chercheurs de l’Empa et de médecins de l’Hôpital de cantonal de Saint-Gall collaborent actuel- lement sur un projet de réduction des risques d’infection en milieu hospitalier. La recherche porte en premier lieu sur l’analyse des biofilms, tapis de germes qui colonisent par exemple les ca- théters urinaires. Pour concevoir les matériaux capables d’en prévenir la formation, il faut d’abord comprendre BACTÉRIES Qun Ren, chercheuse à l’Empa, analyse au micros- la manière dont ces germes se fixent cope des échantillons microbiologiques sur un stent et prolifèrent, il faut connaître l’ad- urinaire placé dans une chambre d’écoulement microfluidique (en haut). Des bactéries E. coli en versaire. Sur ce point, la médecine a nombre réduit (au milieu) forment en quelques longtemps avancé à l’aveugle, per- heures un biofilm (en bas) couvrant toute la surface sonne ne sachant exactement ce qui d’un substrat de verre (image microscopique, coloration). se passe à l’intérieur des cathéters. Qun Ren, chercheuse à l’Empa, est bien décidée à dévoiler les secrets intimes des tuyaux de polymères. En collabora- BIOFILM tion avec des médecins de l’hôpital de Ces dépôts sur un cathé- ter consistent en cristaux Saint-Gall, elle étudie les dépôts présents de calcium qui, avec les sur les conduits urinaires de quelque bactéries (verdâtres), les cellules sanguines 90 patients. Poser un stent dans un (rouges) et les cellules conduit urinaire est une procédure immunitaires (vert-jaune), courante, par exemple lors du traitement Images: Empa Image: Empa forment un biofilm (images au MEB, 4000 x, des calculs rénaux. «Cependant, la pose coloration). d’un stent est souvent suivie de ▲ 6 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 7
[ FOCUS: SANTÉ SUR MESURE ] [ DISQUES INTERVERTÉBRAUX ] douleurs et d’une infection des voies uri- les cathéters, de nouveaux matériaux est analysé. Parallèlement, les surfaces naires», remarque Ren. Ce fut le cas chez réduisant les risques d’infections. «L’un touchées par des dépôts de cristaux les patients étudiés: après trois semaines des moments cruciaux de la forma- de calcium sont étudiées aux rayons X. environ dans le corps du patient, soit re- tion de biofilms, explique Ren, est «Nous ne pourrons créer des matériaux lativement peu de temps, les tuyaux pré- celui où les bactéries en mouvement biologiquement sûrs et résistants aux sentaient sur leur surface intérieure non adhèrent à une surface». Pour cela, les biofilms que lorsque nous en connaitrons seulement des dépôts de cristaux de cal- micro-organismes usent souvent du exactement les bactéries», précise Ren. cium d’origine urinaire, mais également même procédé que les geckos capables des accumulations de bactéries. «Des de grimper sur une surface vitrée: ils Les échantillons de l’Hôpital cantonal biofilms se sont formés à la surface inté- utilisent les forces de van-der-Waals de Saint-Gall ont permis d’étayer le rieure des tuyaux, indique la chercheuse, produites par les interactions entre modèle en montrant ce qui se passait de véritables cultures de bactéries». leurs propres molécules et celles de dans des cathéters ayant été effective- la surface qui leur servira de domicile. ment implantés dans des corps humains. VIVRE DANS UN CATHÉTER D’autres micro-organismes déposent Comme ces échantillons provenaient de Pour les scientifiques, les biofilms sont sur les tuyaux un revêtement qui servira patients qui, avant la pose du cathéter, probablement les organismes vivants les de soubassement à la communauté. ne présentaient aucun signe d’infection plus résistants de la planète. Ces amas «Pour lutter contre les bactéries, il faut et comme ils n’avaient gardé ce tuyau de bactéries s’enrobent d’une matrice donc commencer par les empêcher que peu de temps, les biofilms obser- mucilagineuse et se comportent à la ma- d’adhérer aux surfaces», conclut Ren. vés n’étaient, comme prévu, que peu nière d’un organisme. Les biofilms sont développés. Il est cependant clairement présents depuis bien plus longtemps que apparu que certaines espèces patho- nous. On en trouve déjà dans les plus «Les biofilms étaient présents gènes se présentent souvent en asso- anciens fossiles connus de l’histoire de sur Terre bien avant nous ciations. Certains patients présentaient la Terre. Il n’est pas surprenant de les surtout des entérobactéries nocives alors et appliquent d’étonnantes voir résister envers et contre tout et de que d’autres hébergeaient des bacté- stratégies de survie.» croître dans les conditions hostiles, par ries lactiques auxquelles on attribue exemple dans les cathéters, en recou- plutôt un effet protecteur. Quel est le rant à d’habiles stratégies de survie. lien entre ces associations de bactéries La conception de matériaux utilisables et les risques d’infection nosocomiale? POUR LA DOULEUR Ces communautés de bactéries sont dans la pratique et prévenant l’adhésion C’est la question que les chercheurs En cas de hernie discale, protégées par une couche gélatineuse de de germes nécessite la mise sur pied vont maintenant étudier. Ils discutent on choisit entre deux types d’opération. biopolymères qui les relie avec beaucoup d’une chaîne complète de recherche également du type de surface propice à de souplesse. Elles ne cessent d’échanger et développement «from bench to certains types de germes. Dans une pro- VISUALISER LE MOUVEMENT du matériel génétique, communiquent bedside». Et ces matériaux ne seront chaine étape, l’équipe va se pencher sur par signaux chimiques et, lorsque c’est à la hauteur des attentes que si les des échantillons provenant de patients nécessaire, signalent en surface que analyses en laboratoire reflètent très ayant suivi un traitement de longue les couches inférieures de la commu- précisément la réalité qui les attend. durée et sur des patients infectés. ■ AVANT D’INTERVENIR nauté ont faims. Les antibiotiques et C’est pourquoi les chercheurs de l’Empa désinfectants habituels ne pénètrent ont développé un modèle multi-com- qu’à peine le film. En cas de besoin, la posants se rapprochant le plus pos- communauté envoie une troupe de pion- sible des conditions hospitalières. Les niers coloniser de nouveaux lieus, à la candidats cathéters sont exposés dans manière d’une tumeur qui se métastase. un bioréacteur à des flux de liquides Les hernies discales sont douloureuses et constituent la principale cause d’opérations sur la colonne vertébrale. Mais le semblables à ceux auxquels sont ex- traitement choisi est-il toujours judicieux? De nouvelles recherches montrent que la base clinique sur laquelle la HABILES COMME DES GECKOS posées les sondes urinaires. L’examen décision est prise – la comparaison de deux images fixes – ne suffit souvent pas à choisir au mieux pour le patient. Ces stratégies triomphantes dans la de tous les micro-organismes présents nature peuvent s’avérer fatales pour est effectué par microscopie confo- Texte: Karin Weinmann Image: stock les patients hospitalisés. L’objectif est cale; les bactéries font ensuite l’objet Pour plus d’informations: donc de développer, entre autres pour d’une culture et leur matériel génétique www.empa.ch/web/s404/ ▲ 8 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 9
[ FOCUS: SANTÉ SUR MESURE ] [ DISQUES INTERVERTÉBRAUX ] L es soudaines douleurs dorsales suffire. Cependant, plusieurs études ont ment puis ont regagné leur position dynamiques? Ce n’est malheureuse- sont souvent provoquées par montré que la comparaison de deux médiane. Leur position initiale et finale ment pas aussi simple: la technologie des hernies discales. Les disques images fixes pouvait être insuffisante: semblait indiquer qu’elles étaient stables nécessaire dite „Dynamic Stereo X-Ray“ intervertébraux agissent comme près d’un tiers des patients ayant subi alors que, en mouvement, elles étaient (DSX) est encore très peu répandue et des coussinets-amortisseurs l’opération la plus simple devaient être éminemment instables. Chez ce patient, les calculs nécessaires pour reconstituer et sont constamment sollicités tout au réopérés. Il y a également lieu de croire une simple décompression n’aurait pas les mouvements très complexes. "Pour long de la vie. S’ils se font friables et que les patients dont on a solidarisé les servi à grand chose, il fallait solidariser le moment, cette technologie en est au se fêlent, une partie de leur tissu peut vertèbres n’auraient pas tous vraiment les deux vertèbres. Dans ce cas, l’ana- stade de la recherche. Nous sommes se déloger et comprimer un nerf ou eu besoin d’une telle intervention. lyse classique aurait donc gravement toutefois à l’aube d’un processus de le canal rachidien. Il peut en résulter Le problème est que les images ne sous-estimé la situation. Un risque que transition, ces appareils pourraient un de violentes douleurs. Les vertèbres montrent que la position initiale et les chiffres reflètent: la comparaison jour appartenir au quotidien clinique", lombaires sont les plus exposées. Le finale des vertèbres, et non ce qui se par la méthode des images initiales et explique Aiyangar. Dans l’attente, il traitement par médicaments antidou- passe réellement lors du mouvement. finales des cas étudiés fait état d’un propose de ne pas se contenter de deux leurs et anti-inflammatoires suffit sou- déplacement moyen de 0,4 mm alors images mais de prendre une petite série vent à mettre fin à ces épisodes. Dans LA DYNAMIQUE DU MOUVEMENT que, calculée sur l’intégralité du mou- d’images statiques à différents moments les cas graves, toutefois, il faut opérer. EST DÉTERMINANTE vement, la moyenne des déplacements du mouvement et de les comparer. Des chercheurs du Mechanical Sys- est de 4,6 mm, soit onze fois plus. DÉCHARGER OU RIGIDIFIER? tem Engineering Lab de l’Empa et du THÉRAPIE OU OPÉRATION? En cas de hernie discale, on a globale- Département des interventions orthopé- Aiyangar a déjà d’autres idées: il sou- «Comparer la position ment le choix entre deux types d’opé- diques de l’Université de Pittsburgh ont haite étudier l’approche thérapeutique ration: le premier est d’enlever la masse montré que, en cours de mouvement, les initiale et finale des hernies discales. Les mouvements discale délogée et d’ainsi réduire la vertèbres ne se déplaçaient pas linéai- des vertèbres ne suffit de stabilisation du dos font appel à pression sur le nerf ou le canal rachidien. rement. "Bien au contraire, la manière pas, il faut en suivre 200 faisceaux musculaires différents. Grâce à la microchirurgie, cette interven- dont elles se déplacent varient beau- le mouvement Impossible d’en mesurer simultanément tion est aujourd’hui très peu invasive. coup d’un patient à l’autre", explique relatif complet.» l’état pour ensuite en déduire la théra- Ameet Aiyangar, chercheur à l’Empa et pie la plus indiquée. "La modélisation Le second type d’opération consiste à co-responsable du projet. Pour réaliser des systèmes complexes pourrait ici fixer entre elles les vertèbres en cause l’étude qui leur a valu le prix 2018 en Chez d’autres patients, les vertèbres se s’avérer très utile au choix de la meil- en y insérant des vis solidarisées par sciences de bio-ingénierie de l’ISSLS, les sont à peine décalées, mais ont com- leure intervention de première ligne". une pièce métallique. On y recourt en chercheurs ont réalisé des radiographies mencé par une nette rotation en sens Et dans bien des cas, pense-t-il, une particulier lorsque les mouvements du dynamiques continues de sept patients inverse pour ensuite revenir en place. thérapie bien choisie pourrait permettre sujet provoquent un important dépla- souffrant de hernies discales et de sept Seuls deux patients ont présenté un d’éviter une opération. ■ cement relatif des deux vertèbres. Il personnes-témoins du même groupe mouvement correspondant approxi- s’agit cependant d’une intervention d’âge se penchant progressivement en mativement à l’attente. Finalement, très invasive et risquée qui, parfois, avant. Les données leur ont permis de chacun des patients étudiés présentait ne fait que déplacer le problème, les calculer la rotation sagittale relative et un déplacement égal ou supérieur à vertèbres suivantes se trouvant surchar- le décalage plan relatif des vertèbres. 1,8 mm, alors que la méthode cli- gées et pouvant céder à leur tour. Leurs résultats sont surprenants: nique habituelle indiquait moins de 0,4 mm pour trois des sept patients. Pour décider du type d’intervention, les On s’attendrait à ce que, lors du médecins font appel à la radiographie. mouvement, l’angle de rotation sagit- UNE TECHNOLOGIE NON ENCORE Ils prennent généralement deux images tale et le déplacement vertical varient ADAPTÉE À LA CLINIQUE du sujet, lequel se tient tout d’abord de concert, ce qui s’est confirmé Ces observations indiquent que les bases droit, puis penché en avant. Lorsque les sur la majorité des personnes-té- sur lesquelles on choisit actuellement le vertèbres en cause apparaissent forte- moins sans problème de dos. type d’intervention sont souvent insuffi- ment décalées, voire ont sensiblement DYNAMIQUE santes. La situation devrait être évaluée La dynamique des pivoté l’une part rapport à l’autre, il est Paradoxalement, chez l’un des patients, dynamiquement. Suffirait-il donc de Image: istock disques intervertébraux nécessaire de les solidariser. Si ce n’est instables varie d’un les vertèbres se sont tout d’abord remplacer les équipements de radiologie patient à l’autre. Pour plus d’informations: pas le cas, une décompression peut décalées en sens inverse du mouve- à images fixes par des appareils à images www.empa.ch/web/s304/biomed 10 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 11
[ FOCUS: SANTÉ SUR MESURE ] [ DIAGNOSTICS ] peut d’ailleurs aussi la produire à partir de bactéries, d’algues ou de déchets pro- venant de l’industrie alimentaire. Il s’agit donc d’une production renouvelable et relativement simple. Ce ne sont pas les uniques qualités de la nanocellulose: le «superpudding» présente également des propriétés mécaniques appréciées dans la fabrication de certains composites utilisés pour revêtir des objets d’usage quotidien – par exemple des bouteilles – ou comme film d’emballage transparent. Les chercheurs du laboratoire «Cellulose & Wood Materials» de l’Empa et Woo Soo Kim de l’Université Simon Fraser du Canada tablent en outre sur une caractéristique supplémentaire de la FLEXIBLE CONDUCTIF Gilberto Siqueira, chercheur «Tout compris, le minuscule Avec l’imprimante 3D, à l’Empa, présente le nou- laboratoire biochimique l’«encre» nanocellulo- veau circuit de nanocellulose sique est appliquée sur imprimé. Après un processus épidermique n’est épais que une plaque support. de séchage, le matériau d’un demi-millimètre.» Les particules d’argent peut être traité ultérieure- assurent la conductivité ment. électrique du matériau. DU BOIS SUR NOTRE PEAU nanocellulose: sa biocompatibilité. C’est fils d’argent. «Les nanofibres de cellulose tions ioniques de manière spécifique et bien parce qu’il est d’origine naturelle sont aussi souples que des spaghettis fiable, les chercheurs en étudient déjà que ce matériau se prête particulière- cuits, avec toutefois un diamètre d’en- la prochaine version: «Nous souhai- ment bien aux applications biomédicales. viron 20 nanomètres et une longueur tons remplacer les particules d’argent de quelques microns», explique Gil- par un matériau conducteur fondé sur Pour réaliser les capteurs biocompatibles berto Siqueria, chercheur à l’Empa. une liaison carbone», explique avec Les analyses du sang à fins diagnostiques peuvent se faire sans piqûre invasive. En collaboration avec une équipe canadienne, capables de mesurer d’importantes enthousiasme Siqueira en décrivant des chercheurs de l’Empa mettent actuellement au point des capteurs flexibles et biocompatibles en nanocellulose à placer valeurs métaboliques, les chercheurs L’équipe de chercheurs a bien réussi à son plus récent projet. Les capteurs sur la peau. Ces puces imprimées en 3D sont en matière renouvelable et, prochainement, seront même biodégradables. ont utilisé de la nanocellulose comme développer des capteurs capables de médicaux en nanocellulose seront alors «encre» d’imprimante 3D. Ils l’ont mesurer des paramètres métaboliques non seulement biocompatibles, mais Texte: Andrea Six enrichie de nanofils d’argent afin de la importants tels que des teneurs en cal- entièrement biodégradables. ■ rendre électriquement conductrice. Les cium, en potassium et en ions ammo- chercheurs étudient le rapport exact nium azotés. Pour permettre l’exploita- L nanocellulose / fils d’argent favorisant la tion des mesures, le capteur épidermique ’idée de mesurer des para- se piquer le doigt. Des chercheurs de UN FILM TRANSPARENT EN BOIS formation d’un réseau tridimensionnel. électrochimique transmet ses données mètres physiologiques sans l’Empa ont développé en collaboration La nanocellulose est une matière à un ordinateur. Le minuscule labora- traverser la peau est bien avec des scientifiques du Canada un première avantageuse et renouvelable COMME DES SPAGHETTIS toire biochimique appliqué à la peau acceptée en médecine. Ain- nouveau capteur qui s’adapte avec composée de nanofibres et nanocristaux Les essais ont montré que les nanofibres n’est épais que d’un demi-millimètre. si, les diabétiques peuvent souplesse à la surface de la peau et tirés par exemple de la cellulose du bois. de cellulose se prêtaient mieux que Image: Empa Image: Empa mesurer leur glycémie sans douleur à s’avère remarquablement biocompa- La substance gélatineuse n’évoque plus les nanocristaux à la fabrication d’une Alors que le capteur épidermique actuel Pour plus d’informations: l’aide d’un capteur qui les dispense de tible puisqu’il est en nanocellulose. en rien l’arbre dont on l’a extraite. On matrice bien entrelacée de minuscules permet de mesurer des concentra- www.empa.ch/web/s302 12 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 13
[ FOCUS: SANTÉ SUR MESURE ] [ SANTÉ CARDIAQUE ] L a pose d’une pompe cardiaque liales. En plus de servir de substrat à ces sous-projet de membrane hybride a artificielle est pour bien des indispensables cellules, la membrane progressé bien au-delà de nos attentes», patients le geste qui sauve. Mais amortit les impulsions de la pompe. Ce ajoute Mazza qui, avec son équipe, cette mesure s’accompagne qui est nécessaire dans la mesure où, prépare déjà l’étape suivante: l’étude souvent d’effets secondaires. Il quel que soit l’attrait du substrat, les du comportement à long terme d’une existe un danger de formation de caillots cellules ne pourraient pas s’y fixer et se- pompe cardiaque «endothéliumisée». sanguins ou de phénomènes de rejet raient emportées par le courant sanguin Les pompes cardiaques doivent en effet des matériaux étrangers, ce qui peut en- si de trop fortes secousses l’agitaient. assurer leur fonction sur plusieurs mil- traîner de fortes réactions immunitaires. lions de battements. «Toutes ces années, C’est pourquoi, en 2011 déjà, des cher- UNE SOLUTION HEXAGONALE notre motivation n’a fait qu’augmenter», cheurs de l’Hôpital universitaire de Zurich Pour que les cellules endothéliales se conclut-il, confiant que les travaux à ont lancé avec des collègues de l’Univer- sentent bien sur la membrane et puissent venir livreront de précieuses informa- sité et de l’EPF de Zurich le projet «Zurich s’y fixer, Aldo Ferrari, chercheur à l’EPFZ tions et déboucheront sur des solutions Heart». Y participent des médecins, et à l’Empa, en a texturé la surface en applicables en cardiologie humaine. ■ ingénieurs, biologistes et chercheurs réseau hexagonal. Ce léger nid d’abeille en matériaux. Leur objectif: perfection- offre aux cellules un espace où se nicher ner les pompes existantes et trouver et résister au courant. La méthode est de nouvelles solutions aux problèmes efficace, comme l’équipe l’a montré in identifiés. Une dizaine de sous-projets vitro et in vivo : les cellules sont restées testant de nouvelles approches sont en fixées à la membrane après plusieurs cours, avec la participation de cher- cycles de pompage, ce qui ouvre la cheuses et chercheurs de diverses uni- voie au développement de pompes versités et divers instituts, dont l’Empa. cardiaques biocompatibles. Ce succès ne résout par pour autant tous les défis, L’EMPA EST TRÈS PRÉSENT l’objectif n’étant pas de revêtir une Plusieurs équipes de l’Empa participent à membrane test, mais tout l’intérieur de «Zurich Heart» et travaillent sur une nou- la pompe de cette structure texturée. velle génération de pompes cardiaques «camouflées», c’est-à-dire revêtues de «La surface des tissus manière que les anticorps ne les dis- prétend au sang tinguent pas d’un cœur authentique. On qu’il s’agit FAUSSEMENT RÉEL sait que les vaisseaux sanguins naturels – dont les vaisseaux cardiaques – sont d’un vrai cœur.» revêtus intérieurement de cellules dites endothéliales qui régulent les échanges entre le sang et les tissus voisins. Les LES PROCHAINES ÉTAPES pompes cardiaques artificielles doivent SONT DÉJÀ AMORCÉES donc offrir une enveloppe colonisable «Zurich Heart» entre maintenant dans sa Le cœur reste l’un des grands défis de la médecine moderne. En Europe, plus de 10 millions de personnes aux cellules endothéliales du receveur, seconde phase. «Nous voulons transfor- souffrent d’une insuffisance cardiaque et beaucoup d’entre elles ont besoin d’une greffe du cœur. Dans une surface que son sang ne percevra mer quelques unes des solutions déve- l’attente, on leur pose une pompe cardiaque artificielle, mais ces pompes ne sont pas à l’abri de pas comme artificielle mais comme loppées par «Zurich Heart» en produits complications. Le projet «Zurich Heart», auquel l’Empa participe, étudie comment résoudre ces questions. celle du cœur original. Le groupe de adaptés à la clinique», précise Mazza. chercheurs d’Edoardo Mazza, qui dirige Cela peut durer plusieurs années, raison Texte: Cornelia Zogg le département «Experimental Conti- pour laquelle le projet n’a pas de limite nuum Mechanics» de l’EPF et assurer la fixe. La première génération des docto- co-direction du projet «Zurich Heart», a rants qui ont participé à «Zurich Heart» a réussi à mettre au point une membrane maintenant terminé et publié ses travaux Image: istock présentant d’excellentes conditions de et déposé de nombreuses demandes de Pour plus d’informations: colonisation par des cellules endothé- brevet. Les retours sont positifs. «Notre www.empa.ch/web/s604/zurich-heart 14 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 15
[ FOCUS: SANTÉ SUR MESURE ] [ OSTÉOPOROSE ] POURQUOI LES OS ÉCHOUENT fications structurelles des échantillons. FRACTURE DU FÉMUR La fracture du fémur est Mais ces essais en traction et compres- souvent liée à l’ostéopo- rose. Des chercheurs de sion ne se font pas d’eux-mêmes, les l’Empa utilisent l’arsenal chercheurs doivent soigneusement les des ingénieurs en maté- riaux pour déceler ce qui préparer: «La mise en place des échan- se joue alors au niveau Les méthodes d’analyse utilisées dans l’étude des matériaux peuvent-elles nous aider à mieux compren- tillons d’os et les tests qui suivent nous de la microstructure dre nos os? Pour une jeune équipe de chercheurs de l’Empa de Thoune, c’est la bonne approche. prennent encore beaucoup de temps, en osseuse. particulier les tests en traction», explique Texte: Karin Weinmann Schwiedrzik. Il s’agit tout d’abord de découper une série d’échantillons selon une forme bien définie à l’aide d’un fais- L ceau de ions focalisé. S’étant fixé pour ’ostéoporose touche toute la incluses dans une matrice minérale de fracture d’un patient. Les écarts, but d’accélérer l’analyse des échantillons population. Une femme sur trois protéinée. Une loi régit cette structure: cependant, ne sont pas rares et le pour pouvoir passer à des évaluations et un homme sur cinq souffrent plus l’os est minéralisé, plus il est rigide, risque peut être mal évalué, explique statistiques, les chercheurs consacrent avec l’âge d’une perte de mais plus il est cassant. Vu sa structure Schwiedrzik. Nous espérons que nos actuellement une bonne part de leurs substance osseuse. L’une de ses hiérarchisée, l’os s’avère robuste et résis- recherches permettront d’amélio- efforts à l’automatisation de cette prépa- conséquences les plus fréquentes est la tant malgré sa faible densité. Lorsqu’un rer les prévisions individuelles.» ration des échantillons et à la conception fracture du col du fémur, un traumatisme os se casse, il ne suffit donc pas d’en de dispositifs de mesure spécifiques. douloureux qui pèse lourdement sur la vérifier la densité et la structure macro Les chercheurs abordent la question avec qualité de vie du sujet et peut entraîner scopique, mais de bien considérer les leurs méthodes habituelles d’étude des DIAGNOSTICS PERSONNELS une longue perte de mobilité. L’alitement mécanismes impliqués à tous les niveaux. matériaux: ils en soumettent le plus petit La problématique prend un tour tout à prolongé qui s’en suit s’accompagne échantillon représentatif – en l’occur- fait passionnant lorsqu’on se demande souvent d’une dégradation de l’état L’ANALYSE DES MATÉRIAUX APPLIQUÉE AUX OS rence une lamelle isolée – à des essais en comment appliquer la méthode au général et d’une mortalité plus élevée. Un groupe de chercheurs de l’Empa traction et en compression. Ils peuvent niveau clinique. Cela fait actuellement de Thoune dirigé par Jakob Schwie- alors observer ce qui se passe lorsque le l’objet d’un projet mené par des cher- Cette maladie entraîne une réduction drzik s’est fixé pour objectif de mieux matériau cède et relier les propriétés de cheurs de l’Inselspital et de l’Universi- de la masse osseuse en déséquilibrant comprendre ce qui, lors d’une frac- l’échantillon à celles de sa microstruc- té de Berne, de l’EPF de Zurich et de le processus naturel de renouvelle- ture, se passait au niveau des lamelles. ture. L’analyse de la microstructure est l’Empa. Ils étudient la matière osseuse ment des tissus et en modifiant la «Lorsqu’on ne prend en compte que la effectuée par spectroscopie Raman et au de patients porteurs d’une prothèse qualité des os. Les modifications se densité des os, comme c’est aujourd’hui microscope électronique à transmission, de la hanche. Le matériel est analysé à manifestent au niveau de la micro généralement le cas en clinique, on deux techniques très complexes permet- plusieurs échelles. L’objectif est de réunir structure, de la densité des microfis- peut relativement bien prévoir le risque tant d’observer avec précision les modi- suffisamment de données sur les proprié- sures et des propriétés des tissus. tés micromécaniques de ce matériau, sa microstructure, son activité cellulaire et La constitution des os est loin d’être UNE VOIE VERS L’AUTONOMIE SCIENTIFIQUE son métabolisme pour les corréler avec simple. Si l’on scie un fémur, on voit qu’il Comment les jeunes chercheurs peuvent-ils créer leur propre groupe de recherche? Conditi- les résultats cliniques et les données per- se compose d’une couche extérieure on préalable, évidemment: avoir une idée convaincante. Mais lorsque cette idée ne s’inscrit sonnelles de patients par voie de «Ma- dure entourant une matière spongieuse. pas dans une thématique existante, les choses se compliquent. C’est pour palier ce genre de chine Learning». La base de données qui Au microscope, la couche extérieure situation que le Fonds national (FN) a créé le programme Ambizione qui permet aux jeunes en résultera doit permettre de quantifier se révèle composée de structures chercheurs de franchir le premier pas sur la voie de leur autonomie scientifique: la création de la qualité des os d’un patient et d’utiliser concentriques faites de lamelles cylin- leur propre groupe de recherche centré sur leur propre problématique. Le groupe de recher- cette information lors du diagnostic. driques ordonnées autour de vaisseaux che de l’Empa dirigé par Jakob Schwiedrzik a été rendu possible par un subside Ambizione. ■ sanguins. Ces lamelles ne sont épaisses L’objet de ses travaux se situe au carrefour de deux disciplines que maîtrise ce représentant de que de quelques millièmes de millimètre la relève: le développement d’instruments de mesure de filigranes, qu’il connaît en tant qu’in- et sont constituées d’un composite génieur mécanicien; les os, qu’il a choisi comme sujet de travail de diplôme et de sa thèse de Image: istock fibreux naturel: des fibres de collagène doctorat. Le subside couvre trois années de recherche pour Schwiedrzik et une doctorante. Pour plus d’informations: contenant des particules minérales, www.empa.ch/web/s206 16 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 17
[ FOCUS: SANTÉ SUR MESURE ] [ CICATRISATION ] MOUSSE POUR LA PLAIE Les plaies qui peinent à se fermer et les vilaines cicatrices présentent plus qu’un problème cosmétique; elles peuvent limiter la mobilité et compromettre la santé des gens. Des chercheurs de l’Empa ont mis au point une mousse qui doit prévenir la formation de cicatrices exubérantes et accélérer la guérison des plaies. L’un de ses princi- paux ingrédients est un gingembre jaune: le curcuma. Texte: Andrea Six U ne cicatrice au coude Dans le cadre du projet «Scaravoid», mer une lésion cutanée et y substituer L’équipe de «Scaravoid» se sert d’une RENFORCER L’ÉQUILIBRE NATUREL qui se tend à chaque Markus Rottmar et son équipe du un tissu sain. Les cellules doivent être structure polymérique biologique déjà Pour éviter les cicatrices exubérantes, la mouvement, une plaie laboratoire Biointerfaces de l’Empa ont incitées à provoquer l’inflammation agréée pour les applications médicales mousse polymérique est enrichie d’une au pied qui ne veut adopté une nouvelle approche. «Les contrôlée qui nettoiera la plaie. Pour et cible plusieurs des mécanismes substance bioactive inhibant la forma- simplement pas se traitements traditionnels ciblent certains refermer cette dernière, il faut ensuite de guérison en jeu. Le polymère est tion de cicatrice. Il s’agit d’un produit refermer... les lésions qui peinent à facteurs isolés du processus de guérison qu’un nouveau tissu se développe d’abord monté en mousse au moyen naturel mieux connu dans nos cuisines guérir sont souvent handicapantes. tels que l’apport d’oxygène ou le main- et forme de la peau fonctionnelle. de dioxyde de carbone (CO2) dans un que dans nos hôpitaux: la curcumine. Bien que des millions de gens soient tien de l’humidité, ce qui ne provoque Quand les conditions nécessaires sont réacteur à haute pression; la taille des La poudre de racine du curcuma sert de quotidiennement concernés par ce qu’une réaction insuffisante», explique réunies, la capacité du corps d’assu- pores peut y être finement réglée en colorant alimentaire (sous la désigna- type de problèmes, le processus de Rottmar. Le projet Scaravoid, qui est sou- rer sa guérison est surprenante; un ajustant la température et la pression. tion E100) à certains produits tels que guérison des plaies n’est pas encore tenu par la Fondation Gebert Rüf, doit disfonctionnement ponctuel peut La mousse agit dès son application sur la moutarde ou la margarine et contri- compris dans toute sa complexité et permettre de comprendre et de faciliter toutefois dérégler le processus. Par la lésion: sa structure poreuse favo- bue beaucoup à l’arôme du curry. Sur Image: John Gibbons / Unsplash reste difficile à épauler. C’est pour- l’ensemble du processus de guérison. excès, il provoquera la formation rise la colonisation par de nouvelles le plan pharmacologique, la curcumine quoi des chercheurs de l’Empa ont de vilaines cicatrices, par défaut, il cellules. Etant biodégradable, elle présente des vertus anti-inflammatoires développé une mousse à déposer dans UNE PARFAITE ORCHESTRATION ne permettra pas la fermeture de la permet aux cellules de s’organiser se- intéressantes. Les chercheurs de l’Empa les plaies cutanées et qui en assiste On sait que le corps doit orchestrer plaie. Le risque est plus élevé chez lon les besoins du corps et de consti- en ont saupoudré des cultures de cel- le processus naturel de guérison. toute une série de facteurs pour refer- les personnes âgées ou diabétiques. tuer un nouveau tissu fonctionnel. lules et observé que la production ▲ 18 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 19
[ FOCUS: SANTÉ SUR MESURE ] de certains biomarqueurs typiques des ci- catrices s’en trouvait nettement réduite. La curcumine est intégrée à la mousse qui la libère progressivement, régulant ainsi le comportement et la fonc- tion des cellules qui pénètrent cette mousse, et favorisant l’équilibre naturel nécessaire à la guérison de la plaie. Les essais actuellement poursuivis en Green Engineering – laboratoire utilisent de petits disques GUÉRISON Mit Technik gegen den Klimawandel de polymère. Dans les applications En haut: la mousse peut être placée dans une plaie cutanée et Hauptveranstaltung am 24. September 2019, 14.00 – 19.30 Uhr «Bien orchestrer les optimiser le processus Empa-Akademie, Dübendorf naturel de guérison. différents facteurs en jeu, Au milieu: dans le cadre de la mousse telle est la condition polymère, les cellules pour qu’une lésion se trouvent une bonne tenue pour construire referme et se transforme de nouveaux tissus. En bas: la curcumine en tissu sain.» est contenue dans le curcuma. En médecine, par exemple, on l’uti lise contre la douleur cliniques, on passera à des membranes et l’arthrose. polymériques que les médecins pourront découper aux dimensions de la plaie. GREEN ENGINEERING Elles seront d’une aide précieuse en particulier lors de lésions importantes, consécutives par exemple à un accident ou à des graves brûlures. ■ Die Klimaerwärmung ist heute eine der grössten Herausforderungen für die Menschheit. Erfolgver- sprechende Klimaschutzmassnahmen sind dringend nötig, um die CO 2 -Reduktionsziele der UN-Klima- konferenz in Paris zu erreichen. Angesichts der nur schwer zu erreichenden Verhaltensänderungen der Menschen und dem stetig steigenden Energie-, Konsum-, Mobilitäts- und Raumbedarf sind vor allem technische Innovationen zur Reduktion der Treibhausgase gefragt. Welche sind das, welchen Beitrag können sie leisten und können die Staaten lenkend mithelfen? Diesen Fragen gehen die Tage der Technik 2019 aus verschiedenen Blickwinkeln auf den Grund. Die Veranstaltung ist öffentlich und kostenlos. Anmeldung bis spätestens Mittwoch, 18. September 2019 unter www.tage-der-technik.ch. Organisation Images: Empa, Pixabay Pour plus d’informations: www.empa.ch/web/s404/ 610.920.003_TdT-ins-210x297-de.indd 1 24.06.19 15:49 20 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 21
[ BRIÈVEMENT ] RÉSOLU LE CASSE-TÊTE DES ÉMISSIONS RECORD MONDIAL POUR LES STATION DE MESURE CELLULES SOLAIRES FLEXIBLES L’augmentation des émissions de CFC-11 a été notée ici: la Jamais auparavant une cellule solaire flexible CIGS aussi efficace n’avait station de mesure de été créée. Pour la première fois, les chercheurs de l’Empa atteignent une Gosan en Corée. efficacité de 20,8%, battant ainsi leur propre record à partir de 2013. Pour plus d’informations: www.empa.ch/web/s604/cigs-record-2019 EFFICACE Les chercheurs de Empa battent leur propre record du monde. DANGER POUR LES POUMONS PARTICLE Le plus grand risque de dom- mages n’est pas au décollage Dans le cadre d’une expérience unique, des chercheurs mais au ralenti. suisses ont étudié l’effet des particules d’échappement des turbines d’avion sur les cellules pulmonaires humaines. Les Le chlorofluorocarbone CFC-11 est considéré comme l’une des principales substances responsables de la dégrada- cellules ont réagi le plus fortement aux particules émises tion de la couche d’ozone stratosphérique, qui nous protège des rayons UV du soleil. Les mesures montrent que la par le sol lorsque l’avion tourne au ralenti. Il a également concentration atmosphérique de CFC-11 augmente à nouveau malgré une interdiction mondiale. Mais d’où vien- été constaté que l’effet dommageable pour les cellules nent-ils? Un groupe de recherche international de l’Empa a pu résoudre ce mystère: les émissions de CFC-11 pourrai- ne peut être comparé que dans une mesure limitée à l’ef- ent clairement remonter à l’est de la Chine. Des installations illégales de production de mousse sont soupçonnées. fet des particules des moteurs à essence et diesel. Pour plus d’informations: www.empa.ch/web/s604/cfc-11 Pour plus d’informations: www.empa.ch/web/s604/aircraft-particles CONFORTABLEMENT JUSQU’À MARS SOUILLÉ Selon divers chercheurs, il n’y a pratiquement En collaboration avec l’Empa, le Forum spatial autrichien (ÖFW) plus de place sans plas- tique dans le monde. développe la combinaison spatiale «Serenity», un prototype de Images: ÖWF/Bernhard Kaliauer Design Studio; Kyungpook National University combinaison pour Mars. Les deux partenaires ont maintenant signé un accord de coopération pour travailler encore plus étroitement ensem ble sur le développement du prototype. La coopération se concentre sur l’optimisation du système de confort et de régulation de la chaleur de «Serenity» basé sur les modèles de carrosserie développés à l’Empa. Pour plus d’informations: www.empa.ch/web/s604/mars-suit VERS MARS Le confort MICROPLASTIQUES DANS L’EAU d’utilisation et Images: Flisom, istock, Empa la régulation de Les microplastiques sont un nom familier, mais les dangers sont pratiquement inexplorés. Les chercheurs de l’Empa la chaleur sont ont réalisé la première évaluation des risques des microplastiques dans les lacs et les rivières. au centre des préoccupations. L’étude conclut que les organismes aquatiques ne sont pas (encore) gravement menacés en Europe. Pour plus d’informations: www.empa.ch/web/s604/mikroplastik 22 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 23
[ RECYCLAGE ] ENTIÈREMENT RECYCLABLE? Les immatriculations de voitures électriques ne cessent d’augmenter. Mais que faire des batteries en fin de vie? L’association des importateurs d’automobiles auto-suisse cherche un mode de recyclage convenant à l’ensemble de la branche. Des spécialistes de l’Empa la secondent. Texte: Rainer Klose D ans un crissement métal- la moindre tension électrique, une dement. Sa part dans les nouvelles LE SYSTÈME DE RECYCLAGE DES lique, les rouleaux dentés étincelle et le tout part en flammes. La immatriculations s’est déjà accrue de IMPORTATEURS DE VOITURES broient les batteries, en société allemande Duesenfeld com- 5,3% au cours des trois premiers mois L’association auto-suisse – qui représente déchiquettent le boîtier de mence donc par décharger entièrement de 2019. Et ce n’est qu’un début: la majorité des importateurs suisses de plastique, déchirent les batteries, puis les envoie dans une toute une série de nouvelles voitures voitures – en est bien consciente. En les feuillets argentés des modules déchiqueteuse étanche où l’air a été électriques seront lancées cette année 2018, elle a demandé à l’Empa d’étu- lithium-polymère, réduisant le tout en remplacé par de l’azote. L’électro- sur le marché, dont l’Audi e-tron, la dier les grandes lignes d’un système poudre. Versée dans une succession de lyte liquide combustibles est évaporé Mercedes EQC et la Peugeot e-208. de recyclage des batteries de véhicules bains acides, la poudre y laisse des sels et pompé, puis la poudre soutirée. Elles y rejoindront la Tesla Model 3, électriques. L’Empa avait déjà conseillé, et des oxydes qui pourront être utilisés Par cette voie, 96% des matériaux leader des immatriculations électriques entre autres, Swico qui s’occupe du dans de nouvelles batteries. Mis sur des batteries sont réutilisables. depuis mars dernier. Le Groupe VW recyclage des appareils électroniques et YouTube en mai 2019, le court-métrage doit lancer sa première voiture élec- informatiques. Cependant, au contraire «Neue Recycling-Methode für Batterien A l’heure actuelles, près de 40’000 trique de grande série en 2020, la VW du matériel électronique, le matériel au- aus Elektroautos» présente un procé- voitures électriques et hybrides à iD.3. Le moment est donc venu de tomobile n’est actuellement pas soumis dé sans précédent: le déchiquetage batteries lithium-ion roulent sur les réfléchir au destin des batteries des à une contribution anticipée de recy- Image: istock de batteries lithium-ion. Il faut savoir routes suisses, soit 1% du parc total voitures accidentées ou en fin de vie. clage (CAR). Auto-suisse souhaite voir que ces batteries sont inflammables: de véhicules. Ce nombre croît rapi- la question réglée pour l’ensemble ▲ 24 I EMPA QUARTERLY II JUILLET 2019 II # 65 # 65 II JUILLET 2019 II EMPA QUARTERLY I 25
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