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LES CONFÉRENCES PLÉNIÈRES

Grenoble, une montagne de sciences

Biomatériaux et mimétisme du vivant

Catherine Picart - Professeure Grenoble INP au Laboratoire des matériaux et du génie physique (LMGP – CNRS/Grenoble INP) - Médaille d'argent CNRS 2016.

Dans le domaine des biomatériaux, les évolutions des dernières décennies visent à élaborer des matériaux mimant de plus en plus le vivant. C’est ce que l’on appelle le biomimétisme. Il s’agit d’aller recréer des tissus par des méthodes d’ingénierie, en associant plusieurs types de briques de base que sont des matériaux implantables, des cellules et des biomolécules actives. Les propriétés de l’interface entre le biomatériau et le milieu vivant sont cruciales car cette interface conditionne directement comment les cellules humaines vont répondre et s’adapter au biomatériau et ainsi, comment le tissu humain va se former⁽¹⁾. Dans cette présentation, Catherine Picart montrera que des couches minces biomimétiques élaborées à partir de polymères naturels, des biopolymères, permettent de mimer certains aspects du vivant⁽²⁾ et de conférer à la surface du biomatériau de nouvelles propriétés physico-chimiques qui vont la rendre bioactive. Ainsi, la surface va induire activement la formation d’un tissu. L’exemple étudié portera sur les protéines morphogénétiques osseuses, qui sont capables d’induire de façon très puissante la régénération osseuse, à la fois in vivo, pour réparer des défauts osseux⁽³⁾, et in vitro en laboratoire pour former un tissu osseux à partir de cellules souches⁽⁴⁾.

(1) Catherine Picart et Emmanuel Pauthe. “Instaurer un dialogue avec les cellules”. Biofutur 368, 32-34, Septembre 2015.

(2) V. Gribova, Auzely-Velty, R. and C. Picart. Polyelectrolyte multilayer assemblies on materials surfaces: from cell adhesion to tissue engineering. Chemistry of Materials, 24:854-869, 2012.

(3) Bouyer, M., Guillot, R., Lavaud, J., Pleittinx, C., Olivier, C., Curry, V., Bouttonnat, J., Peyrin, F., Bettega, G., and C PICART. Surface delivery of tunable doses of BMP-2 from an adaptable polymeric scaffold induces volumetric bone regeneration, Biomaterials, 104:168-181, 2016. Accessible en accès libre (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961216302496?via%3Dihub )

(4) https://inc.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/des-films-biomimetiques-pour-une-medecine-regeneratrice-haut-debit

Catherine Picart physicienne, s'est formée à la matière biologique au sein de différents laboratoires en France, en Allemagne et aux Etats-Unis, en travaillant tout d’abord sur les globules rouges qui constituent le sang, puis sur des assemblages de polymères biologiques, élaborés sous forme de films minces. Progressivement, Catherine Picart a développé des travaux sur des cellules humaines, dans le but de comprendre les mécanismes d’interactions entre ces cellules et les films minces, puis de guider la destinée des cellules pour les faire devenir de l’os. Tout au long de sa carrière scientifique, elle a appliqué des techniques de physique à l’étude de la matière vivante : spectroscopies et microscopies optiques, microscopies électroniques. Elle a notamment développé des protocoles spécifiques pour étudier cette matière particulièrement délicate et précieuse. Elle a, de plus, employé et optimisé des techniques de fabrication automatisée de biomatériaux. Récemment elle a développé une nouvelle méthode de fabrication de films minces, directement au fond des plaques utilisées pour la culture des cellules, ce qui permet l’étude des cellules de façon parallélisée. Elle est actuellement professeure à Grenoble INP (Phelma) et chercheuse au Laboratoire des matériaux et du génie physique (LMGP). Elle a reçu en 2016 la médaille d'argent du CNRS.  

Ondes gravitationnelles : Un nouveau messager pour déchiffrer l'Univers

Frédérique Marion - Directrice de recherche CNRS au Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP – CNRS/ESBM)

Pour la première fois en 2015, après des décennies d’efforts, des signaux d’ondes gravitationnelles ont été mesurés expérimentalement. Émises dans des phénomènes astrophysiques cataclysmiques, ces vibrations de l’espace-temps prédites par la théorie de la relativité générale d'Einstein ne subsistent qu’à des amplitudes infimes à leur passage sur Terre, nécessitant des détecteurs sensibles à des variations relatives de distance inférieures à 10^-21.
Les interféromètres géants LIGO et Virgo sont ces antennes ultra-sensibles qui ont permis de révéler plusieurs sources spectaculaires, fusions de trous noirs et d’étoiles à neutrons. Ces découvertes ont marqué le début d’une nouvelle ère, celle de l’astronomie des ondes gravitationnelles, qui a ouvert des perspectives inédites pour la physique fondamentale, l’astrophysique et la cosmologie. Avec les ondes gravitationnelles, la science dispose désormais d'un nouveau messager cosmique qui, associé à d'autres, nous aide à percer les secrets de l'Univers. 

Frédérique Marion est physicienne spécialiste des ondes gravitationnelles. Elle est directrice de recherche CNRS au Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP – CNRS/ESMB), où elle a dirigé l'équipe Virgo. Elle a reçu en 2017 la médaille d'argent du CNRS.

Climat et gaz à effet de serre : Que nous apprennent les carottes de glace ?

Xavier Faïn - Chargé de recherche CNRS en glaciologie et paléoclimat à l’Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE – CNRS/IRD/UGA/Grenoble INP)

Le réchauffement climatique est un des problèmes environnementaux majeurs auquel sont déjà exposés les écosystèmes, et qui s’amplifiera dans les années à venir, en menaçant les sociétés humaines. L’augmentation des teneurs atmosphériques en gaz à effet de serre (notamment le dioxyde de carbone, CO₂) en lien avec les activités anthropiques depuis le début de la Révolution Industrielle est le moteur principal de ce dérèglement du climat. 

Depuis plusieurs décennies, la science des carottes de glace contribue à comprendre et à décrire ces évolutions en cours en ouvrant une fenêtre temporelle sur les climats du passé. Les carottes de glace, collectées en régions polaires et de haute altitude, sont en effet des archives environnementales uniques car elles piègent au cours du temps des fragments d’atmosphère sous forme de bulles d’air. L’analyse des carottes de glace nous apporte ainsi aujourd’hui des informations essentielles sur les derniers 800 000 ans, notamment l’influence des teneurs atmosphériques en gaz à effet de serre sur la température, et réciproquement.
Cette présentation parcourra l’histoire de la science des carottes de glace depuis l’Année Géophysique Internationale de 1957/58, en retraçant ses principales découvertes et aventures. Comment extrait-on une carotte de glace ? Quelles analyses utilise-t-on pour en extraire une information sur les environnements passés ? Comment date-t-on une telle archive ? Qu’est-ce que le thermomètre isotopique ? Quelle relation entre température et CO₂ les carottes de glace révèlent-elles ?
L’atmosphère a-t-elle déjà connu des concentrations en CO₂ similaires que celles que nous connaissons — et allons connaître — lors du XXI^e siècle ? Pourrait-on avoir accès à de la glace de plus d’un million d’année, et que pourrait-elle nous apprendre ? Les grands projets de recherche à venir (notamment le projet européen de forage profond antarctique Beyond EPICA Oldest Ice Core, 2020-2025) seront aussi présentés.

Xavier Faïn est chercheur CNRS à l’Institut des géosciences de l’environnement de Grenoble (IGE – CNRS/IRD/UGA/Grenoble INP). Paléoclimatologue, il reconstruit les évolutions passées de la composition atmosphérique à partir des archives glaciaires. Habitué des missions scientifiques aux pôles, il est aussi animateur de la communauté scientifique nationale « carotte de glace ».

La microscopie électronique en biologie structurale

Guy Schoehn - Directeur de recherche CNRS à l'institut de biologie structurale (IBS – CNRS/CEA/UGA) - Médaille de bronze CNRS 2007.

La microscopie électronique est une technique d’imagerie directe très puissante (on obtient directement des images agrandies de l’échantillon observé). Elle permet en effet une résolution très élevée (le record actuel se situe autour de 50 picomètres ; 100 picomètres étant le diamètre d’un atome). Ce record ne s’applique malheureusement pas en biologie car les échantillons sont très sensibles au faisceau d’électrons et au vide très poussé qui règne dans le microscope : sans préparation, ils sont détruits dès qu’ils sont introduits dans le microscope. Il est malgré tout possible d’obtenir la structure à très haute résolution des objets biologiques grâce à des méthodes de préparation spécifiques (la vitrification des échantillons ou cryo-microscopie électronique ; cryo-ME), à des microscopes électroniques de dernière génération spécifiquement développés pour ce type d’application et aux progrès effectués dans le domaine du traitement informatique des images obtenues. Toutes ces avancées ont permis l’avènement de « la révolution de la résolution » en microscopie électronique. Celle-ci a été récompensé par le Prix Nobel de Chimie en 2017. Nous arrivons donc aujourd’hui à visualiser des objets biologiques en trois dimensions avec une résolution quasi-atomique. Même si la France est en retard en cryo-ME, l’IBS de Grenoble a tout de même suivi tous ces progrès et est un des laboratoires français à la pointe du progrès dans ce domaine. Un historique du développement de cette technologie, les différentes méthodes de préparation des échantillons, différents exemples de résultats et d’applications, les perspectives futures de ces technologies ainsi qu’une vue d’ensemble des moyens à notre disposition sur le campus scientifique EPN (European Photon & Neutron Science Campus) de la presqu’île de Grenoble seront présentées lors de cette conférence.

Guy Schoehn a obtenu une thèse de physique en 1997 à l’Université Joseph Fourier de Grenoble. Il a étudié la structure des virus par cryo-microscopie électronique. Il a ensuite effectué un stage postdoctoral de 15 mois à Londres dans le laboratoire d’Helen Saibil (Birckbek College) puis un second stage postdoctoral à l’EMBL de Grenoble sous la direction de Rob Ruigrok . Il a été recruté par le CNRS en 2001, a obtenu la médaille de bronze du CNRS en 2006, a passé l’habilitation à diriger les recherches en 2008 en Sciences de la Vie. Il est actuellement responsable d’un groupe de recherche à l’Institut de Biologie Structurale (IBS – CNRS/CEA/UGA) de Grenoble. Il a été promu directeur de recherche de classe 1 au CNRS en 2014 et a été Président de la Société Française des Microscopies en 2016-2017. Il a publié plus de 135 articles scientifiques depuis 1996.

La chimie bioinorganique au service des interactions métaux-vivant

Pascale Delangle - laboratoire SyMMES (CNRS/CEA/UGA)

Pascale Delangle présentera une spécialité scientifique à l’interface chimie-biologie qui s’intéresse aux métaux dans le vivant, à savoir la chimie bio-inorganique. Cette discipline permet par exemple de déchiffrer le rôle des ions métalliques en biologie et les mécanismes mis en jeux dans les interactions métaux-biomolécules ainsi que de concevoir des composés biomimétiques qui reproduisent des fonctions du vivant dans des systèmes synthétiques performants.
Ces approches de chimie biomimétique contribuent ainsi à des avancées significatives qui seront illustrées dans deux domaines. En toxicologie des métaux, des mimes de sites liant les ions métalliques dans les protéines apportent un éclairage sur les mécanismes moléculaires mis en jeu dans la toxicité des métaux pour le vivant. Par ailleurs, mimer des sites de haute affinité dans les protéines permet la mise au point de chélateurs de métaux performant pour des applications médicales.

Pascale Delangle est ingénieure-chercheuse à la Direction de la Recherche Fondamentale au CEA Grenoble. Après avoir obtenu l’agrégation de sciences physiques option chimie en 1992, elle a réalisé une thèse en chimie supramoléculaire à l’Ecole Normale Supérieure de Lyon. Depuis son entrée au CEA en 1997, elle travaille sur les interactions spécifiques des ions métalliques dans les domaines de la toxicologie nucléaire et de la chélation sélective des métaux pour des applications médicales. Elle est aujourd’hui responsable de l’équipe CIBEST – Chimie Interface Biologie pour l’Environnement, la Santé et la Toxicologie – au sein de l’unité mixte de recherche SyMMES (Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS).