Minis détecteurs d`ions Xiaojiang Xie, Prof. Dr Eric Bakker

Transcription

q&more
Édition Française
02.14
Pour une qualité excellente en laboratoire et dans les processus
En point de mire : Bioanalyse
Minis détecteurs d‘ions
Nanomatériel actif
L’or liquide des abeilles
Xiaojiang Xie, Prof. Dr Eric Bakker
Prof. Dr Jean-Charles Arnault et al.
Prof. Dr Stephan Schwarzinger et al.
Passeur d’échantillons
minispec
Automatiser vos applications
de RMN Domaine Temporel
q&more
Editorial
Contenu
02.14
02
120 ans, en bonne santé et en pleine forme
Prof. Dr Reinhard Renneberg
02
06
06
12
En point de mire : Bioanalyse
Senseurs d’ions
06
Détection et manipulation d’ions
Xiaojiang Xie, Prof. Dr Eric Bakker
Recherche & Développement
Recherche sur les principes actifs
12
Commentaire : Résistance aux antibiotiques
Prof. Dr Mark Brönstrup
Nanodiamants
14
En route vers la nanomédecine
Prof. Dr Jean-Charles Arnault, Céline Gesset,
Dr Hugues Girard, Dr Jacques de Sanoit
Alimentation & Analyse
Les nouveaux aliments
24
14
Superfood & polyvalent ?
Prof. Mag. Dr Susanne Till
Recherche apicole
30
La haute technologie
s’invite chez les abeilles
Prof. Dr Jürgen Tautz
Food Profiling
36
Du miel et quoi d’autre ?
Prof. Dr Stephan Schwarzinger, Wolfrat Bachert,
Christopher Igel, Felix Brauer, Prof. Dr Paul Rösch
36
Qualité & Sécurité
BPL
44
Bien plus qu’un dossier de laboratoire
Dr Katja Schellenberg
Processus & Procédés
Analyse des processus
50
Des composants valorisants
24
30
44
50
Prof. Dr habil. Gerald Muschiolik
Le point sur le marché
04
Diamants & More
20
Technologie
22
Mentions légales
43
Monde & Recherche
56
q&more 02.14
1
Editorial
120 ans, en
bonne santé et
en pleine forme
notamment grâce à la
bioanalyse !
Prof. Dr Reinhard Renneberg,
Hong Kong University of Science and Technology (HKUST),
Hongkong, Chine
Je viens de fêter mes 63 ans.
Quel est mon secret pour vieillir sereinement et rester optimiste face à l’inévitable issue ?
Selon la formule consacrée, il s’agit de « mourir jeune mais le plus tard possible... »
Sans aucun doute une belle approche...
D’un point de vue historique, l’espérance de vie en Europe a évolué.
Alors que l’homme de Néandertal vivait en moyenne à peine 20 ans,
au 19e siècle, on pouvait espérer vivre plus de 40 ans, au milieu du
20e siècle, 70 ans, et aujourd’hui, en Allemagne, la moyenne d’âge
des femmes est de 83 ans et celle des hommes est de 78 ans. Elle
grimpe de façon linéaire depuis quatre génération et ce n’est pas fini.
Et dans quelle mesure la biotechnologie, notamment la biotechno
logie analytique, nous permettrait-elle de vieillir en bonne santé et
en pleine forme ?
Voici les facteurs qui ont permis jusque-là d’augmenter l’espérance
de vie : diminution considérable de la mortalité infantile et mater
nelle, une meilleure hygiène, une meilleure alimentation, les vaccins
et les antibiotiques. Ces derniers sont le résultat de la première révolu
tion biotechnologique, puisqu’ils ont permis d’éradiquer la variole,
et la rougeole n’en a plus pour longtemps. Un monde sans maladies
infectieuses permettrait sans aucun doute de vivre plus longtemps.
Il en serait de même d’un monde sans guerre. À l’heure actuelle,
la malaria emporte encore un enfant par minute et la guerre
emporte chaque jour de nombreuses victimes dans les pays en conflit.
2
L’augmentation de l’espérance de vie a presque toujours commencé
avant l’âge adulte. Les antibiotiques mis à part, il n’existe presque
aucune mesure pour prolonger l’espérance de vie d’un adulte.
A l’instar de mon ami californien Jim Larrick, les optimistes de la
biotechnologie affirment : « En changeant son style de vie, avec le
bon régime alimentaire et des produits pharmaceutiques sur mesure,
tout un chacun peut espérer vivre en bonne santé jusqu’à 120 ans. »
Mais quels sont ces nouveaux produits biotechnologiques qui nous
aideront, aujourd’hui et demain, à atteindre les 120 ans ? Anticorps
recombinants, cellules souches, produits biopharmaceutiques et
bioanalytiques. En bioanalytique, ma spécialité, il s’agit notamment
de tests de glycémie, de tests rapides d’immunité et de tests ADN.
Je vais vous expliquer tout ça en m’appuyant sur ma propre personne.
De 1975 à 1981, j’ai effectué des recherches à l’Institut central de
biologie moléculaire de Berlin-Buch (ZIM, Zentralinstitut für
Molekularbiologie), au sein du groupe du Professeur Frieder Scheller.
Malgré les moyens limités de la RDA, Scheller a pu mettre au point,
le meilleur biocapteur à glucose, que l’on peut réutiliser jusqu’à
10 000 fois. Un véritable pionnier...
q&more 02.14
Prolonger la durée de vie
grâce à la bioanalyse !
Un dépistage précoce grâce aux biocapteurs, un change
ment conséquent du mode de vie et un apport éventuel
d’insuline humaine génétique permettent déjà d’éviter
les conséquences mortelles du diabetes mellitus. Il y a
un mois, mon taux de glycémie à jeun a légèrement
augmenté. J’ai changé mes habitudes alimentaires et je
me suis également mis à faire plus de sport. Prolonger
la durée de vie grâce à la bioanalyse !
Un autre exemple : A la HKUST à Hong Kong, nous avons
mis au point en 2000 le test le plus rapide pour déceler les
infarctus (cf. Renneberg&Glatz, 2013, labor&more 1).
Notre propre test immunologique FABP rapide m’a
effectivement sauvé la vie en 2008, en m’indiquant
immédiatement l’imminence d’un infarctus. Ayant
survécu à ce mini-infarctus, on m’a prescrit de la
Warfarine (Marcumar), un anticoagulant. Jusque-là,
tout va bien...
3e exemple : En 2010, j’ai demandé à la société améri
caine « 23andMe » de tester mon ADN. Le résultat, fort
intéressant, m’a révélé que j’avais 5 fois plus de gènes
que la normale favorisant une dépendance à la nicotine.
Mon père fumait 40 cigarettes par jour. Et moi ?
Je « crapote » tout au plus un cigarillo... Mon ADN portait
également les signes d’un risque d’infarctus. Mais ce qui
m’a le plus « scié » dans le résultat de mon test ADN,
c’est mon hypersensibilité à un produit pharmaceutique
en particulier... La Warfarine ! En 2009, je suis tombée
dans le coma suite à une forte hémorragie cérébrale –
à cause du la Warfarine ! Les médecins de Shanghai
m’ont sauvé la vie. Conclusion : Je n’aurais JAMAIS dû
prendre de Warfarine ! Toutes les thérapies qu’on pourrait
améliorer grâce à l’analyse ADN... Mais est-ce vraiment
dans l’intérêt de l’industrie pharmaceutique ?
Je vis aujourd’hui sereinement et ma santé s’améliore
de jour en jour, après toutes ces expériences. Vous ne vous
étonnerez donc pas si je considère que la bioanalyse est
une science formidable et capitale.
On devrait tous pouvoir fêter nos 100 ans. Alors voyons
maintenant comment nous pouvons saisir cette chance
en toute sérénité.
Carpe diem, profitez de chaque instant !
■ [email protected]
q&more 02.14
Reinhard Renneberg, né en 1951, a étudié la chimie à
l’Université Lomonossov de Moscou. Une fois son diplôme en poche,
il rejoint l’Institut central de biologie moléculaire de Berlin-Buch (ZIM)
où il obtient son doctorat en 1978. En 1991, il passe un doctorat en
technologie de biocapteurs. Il dirige le département Immunocapteurs
de l’institut Fraunhofer pour les technologies de chimiocapteurs et
biocapteurs (ICB, Instituts für Chemo- und Biosensorik), à Munster
en Allemagne. En 1994, il répond à l’appel de la HKUST, Hong Kong
University of Science and Technology où il devient professeur titulaire
de biotechnologie analytique. Le professeur Renneberg a également
fondé une société et est directeur scientifique de R&C Biogenius Ltd.
Il est l’auteur des ouvrages « Bioanalytik für Einsteiger » (La bioanalytique pour débutants) et « Biotechnologie für Einsteiger » (La biotechnologie pour débutants), pour lesquels il a reçu le prix littéraire du
Fonds de l’industrie chimique en 2008.
3
Le point sur le marché
Bayer se tourne désormais
exclusivement vers les sciences
de la vie
Une laborantine
prépare le lancement
d’un séquenceur.
Les séquences
génétiques à l’écran,
en arrière-plan, offrent
des informations
précieuses sur
l’historique de la tumeur
et sur les possibilités
de thérapie.
Photo : © Bayer AG
Bayer va se consacrer entièrement aux activités des
sciences de la vie HealthCare et CropScience et faire
entrer en bourse MaterialScience comme entreprise
indépendante. Bayer se positionne ainsi comme entreprise
internationale leader dans le secteur de la santé pour
l’homme, l’animal et la végétation. Comme nous
l’explique le Président du Conseil d’Administration
de Bayer, Marijn Dekkers, le groupe compte créer deux
entreprises de pointe internationales : Bayer, entreprise
d’innovation de renommée internationale dans le secteur
des sciences de la vie, et MaterialScience, entreprise leader
dans le secteur des polymères. Les deux entreprises ont
toutes les chances de succès dans leur secteur respectif.
Source : www.bayer.de
Novartis et Bristol-Myers Squibb
s’allient pour la recherche contre
le cancer
Les deux groupes pharmaceutiques Novartis et Bristol-Myers
Squibb (BMS) collaborent pour la recherche sur un type
particulier de cancer du poumon. Comme l’a signalé
l’entreprise suisse, la collaboration a été décidée pour
étudier la sécurité, la compatibilité et l’efficacité de trois
liaisons moléculaires combinées à l’inhibiteur immunisé
d’investigation du point de reprise PD-1 Opdivo®
(nivolumab) de BMS dans des études de phase-I/II
sur le traitement du cancer du poumon non à petites
cellules (NSCLC).
Fin avril, le Zykadia (ceritinib) a obtenu de la FDA
l’homologation pour le traitement du cancer du poumon
en stade avancé. D’autres demandes d’homologation ont
été déposées au sein de l’Union européenne et d’autres
pays pour ce médicament. Les analystes estiment que le
chiffre d’affaires potentiel du Zykadia peut monter jusqu’à
1 milliard de dollars US.
Source : www.novartis.com
Roche Diabetes Care Allemagne
et l’Université de St. Gallen
coopèrent pour une gestion
personnalisée du diabète
Roche Diabetes Care, un des principaux fournisseurs
de solutions de gestion du diabète, et l’Université de
St. Gallen vont coopérer étroitement dans la recherche
et le développement de nouvelles solutions de gestion de
thérapie et de modèles d’approvisionnement pour les
personnes souffrant de diabète. Le Dr Christoph Franz,
Président du conseil d’administration de Roche, et le
professeur Dr Thomas Bieger, recteur de l’Université de
St Gall (HSG) étaient présents lors de la finalisation du
contrat de coopération. Cette coopération est née de
l’initiative du Dr Oliver Haferbeck, directeur de Roche
Diabetes Care Allemagne et d’Isabelle Decker, directrice
marketing, ayant permis d’identifier des champs de
coopération et des idées de projet avec le directeur du
centre de recherche sur le customer insight (FCI-HSG),
le professeur Dr Andreas Herrmann.
Soruce : www.roche.de
Le système manuel de dosage
de poudre de Mettler-Toledo
reçoit le Red Dot Award du
Design de produit
Le nouveau système manuel de dosage de Mettler-Toledo
a reçu le Red Dot Award récompensant l’excellence de son
design, son innovation particulièrement distinguée en
matière de forme et de fonction. Remis chaque année par
le Centre de design de la Rhénanie-du-Nord-Westphalie
en Allemagne, le Red Dot Award est un label de qualité
de renommée internationale récompensant le design.
Mettler-Toledo est particulièrement fier d’avoir reçu ce
prix très convoité récompensant l’excellente qualité de
son système manuel de dosage de poudre Quantos (HPD
– Handheld Powder Dispenser). Très pratique, le système
manuel de dosage de poudre Quantos offre également une
plus grande sécurité en laboratoire et simplifie les
applications utilisant des poudres fluides. Oubliez les
opérations délicates et les risques de bévues
lors du dosage à la spatule. Désormais,
il suffit d’appuyer avec votre pouce
sur le doseur. Les avantages sont
encore plus flagrants avec les faibles
poids, les poudres hygroscopiques
et statiquement chargées, qui sont
normalement très difficiles à
manipuler.
Source : www.mt.com / www.red-dot.de | Photo : © Mettler-Toledo
4
q&more 02.14
Table ronde franco-allemande
dans le cadre du SIAL Paris
2014
C’est dans le cadre du SIAL (Salon International de
l’Alimentation) de Paris, que s’est tenue une table ronde
de haut niveau entre les représentants allemands et
français de l’économie et de la politique, en présence de
la BVE, l’organisme fédéral allemand de l’agroalimen
taire. Pour les entreprises allemandes du secteur
agroalimentaire, la France est le troisième marché
d’exportation mais aussi le second pays fournisseur du
monde. C’est autour du sujet sur les « chances et les
limites de l’économie agroalimentaire en Allemagne et
en France face aux marchés de pays tiers » que se
tiendront des débats portant notamment sur les effets des
traités européens en cours et sur les démarches entreprises
pour surmonter les barrières commerciales vétérinaires et
Source : www.bve-online.de
phytosanitaires dans les états tiers. Des éponges marines pour la
médecine
Eponge Verongia
sur son sol marin
Photo : © Andre Ehrlich
« Aplysina aerophoba » – ou encore l’éponge Verongia,
est à l’origine d’un projet de start-up de deux diplômés
de l’Université technologique de l’École des mines de
Freiberg. Andre Ehrlich, géologue et minéralogiste,
et Marcel Bürger, chimiste, envisagent d’extraire une
substance à base de bromotyrosine que l’on trouve dans
l’éponge Verongia. On la trouve notamment en mer
Méditerranée. Ses précieux extraits ont récemment suscité
l’intérêt de la science. La bromotyrosine est un dérivé
d’acide aminé. Les substances à base de bromotyrosine
ont des propriétés antibactériennes, antiparasitaires et
antivirales. Elles sont donc particulièrement utiles pour
la lutte contre des maladies telles que le cancer, le
psoriasis ou la malaria. C’est sous la direction du
professeur Hermann Ehrlich, du groupe de travail sur
la biominéralogie et les biomimétiques extrêmes de
l’Institut de physique expérimentale, que les chercheurs
ont mis au point une méthode innovante permettant
d’isoler et d’extraire jusqu’à 100 % des substances à base
de bromotyrosine de cette éponge.
Contact : [email protected]
Source : www.tu-freiberg.de
q&more 02.14
ATTO-TEC précurseur du Prix
Nobel de chimie
Deux clichés STED en
couleur d’un glioblastome, la tumeur
cérébrale maligne la
plus fréquente chez
l’adulte. Contrairement
aux clichés classiques,
flous (à gauche), le
cliché STED (à droite)
révèle des structures
bien plus précises.
Photo : © J. Bückers,
D. Wildanger, L. Kastrup, R.
Medda; Institut Max-Planck
pour la chimie biophysique
Une succursale de l’Université de Siegen a mis au point,
en collaboration avec le professeur Stefan W. Hell, les
colorants pour les processus récompensés. Des chercheurs
de l’Université de Siegen ont collaboré sur le dévelop
pement des colorants fluorescents nécessaires pour le
processus STED (Stimulated Emission Depletion),
ayant reçu le prix Nobel de chimie 2014. On compte sur
les doigts de la main les entreprises capables de produire
de tels colorants fluorescents. L’une d’entre elles est la
société ATTO-TEC GmbH, société créée par l’Université de
Siegen en Allemagne. Le professeur Karl H. Drexhage,
co-fondateur d’ATTO-TEC, collabore avec Stefan Hell
depuis le milieu des années 90. Ses recherches sur
l’amélioration de la résolution des microscopes optiques
son propre processus STED nécessite l’utilisation de
colorants fluorescents dotés de caractéristiques bien
particulières. Souce : www.uni-siegen.de
Brain et Fuchs Europe coopèrent
dans le secteur des lubrifiants
obtenus à partir de matières
premières renouvelables
Brain AG et Fuchs Europe Schmierstoffe GmbH rendent
publique leur coopération sur la fabrication biotechno
logique d’additifs pour lubrifiants à partir de matières
premières renouvelables. Conclu il y a un an, ce partena
riat fait partie de l’alliance stratégique ZeroCarbFB,
subventionnée par le ministère fédéral de l’éducation et de
la recherche (BMBF). Les partenaires du projet ont pu
réaliser toutes les étapes définies jusqu’alors avec un peu
d’avance. La société Brain a pu réaliser la synthèse, à
l’échelle du kilogramme, des premiers additifs pour
lubrifiants. Le premier additif est en cours d’évaluation
technique auprès de la société Fuchs. D’autres synthèses
sont prévues ou en cours. Source : www.brain-biotech.de
5
En point de mire : Bioanalyse | Senseurs d’ions
Détection et
manipulation
d’ions
De la potentiométrie à
l’échelle nanométrique
Xiaojiang Xie et Prof. Dr Eric Bakker
Département de chimie minérale, analytique et appliquée,
Université de Genève, Genève, Suisse
6
q&more 02.14
q&more 02.14
7
L’électrode pH est désormais indispensable pour le contrôle de processus chimiques.
Les progrès réalisés en chimie des matériaux et en méthodologie fondamentale ouvrent
des portes à de nouvelles approches fascinantes.
La détection directe d’espèces ioniques en temps réel
est capitale pour le contrôle de processus et le contrôle
environnemental mais aussi pour les diagnostics
cliniques. Le noyau technologique de cette approche
est l’électrode pH indispensable, que l’on retrouve
aujourd’hui sous de nombreuses formes pour répondre
aux besoins de tous les utilisateurs. Avant le pH, l’analyse
clinique reposait sur l’application d’électrodes sélective
d’ions (ESI), senseurs potentiométrique également, mais
se rapportant en général à d’autres matériaux. Les plus
grands progrès scientifiques des dernières décennies ont
été réalisés sur les membranes hydrophobes contenant
des agents complexants lipophiliques (ionophores) pour
la détection d’un grand nombre d’espèces, notamment
les polyions [1].
Les senseurs sans calibration
sont-ils à portée de main ?
Malgré le succès sur les matériaux, la potentiométrie
(cf. fig. 1) ne convient pas vraiment comme méthode
robuste sans calibration. Le potentiel sur l’électrode de
référence est sujet à des incertitudes et des erreurs et la
Potentiométrie directe
Réalisation
de détecteurs d’ions miniatures
journal a
Coulométrie de couche fine
Charge
Solution interne
Concentration
Échantillon d'électrode Membrane
Distance
Durée
Fig. 1 Profils de concentration schématique sur une membrane sélective d’ions utilisée en
potentiométrie (en haut) et coulométrie de couche fine (en bas) avec les réponses de senseurs
sur la droite.
8
De nouvelles approches explorent les possibilités pour
augmenter la robustesse des senseurs à ions électro
chimiques. Elles proposent d’utiliser différemment les
mêmes principes matériaux que les électrodes sélectives
d’ions basées sur des ionophores. Elles sont contrôlées par
de protocols d’électrochimie dynamique par l’application
d’un potentiel ou d’un courant. [3]. L’approche illustrée
dans la figure 1 montre une solution d’échantillon
ramenée à un format de couche fine ce qui rend le
processus de transfert très complet. Cela simplifie le
comptage par intégration de courant, du nombre d’ions
dans l’échantillon. La technique ainsi obtenue ne
nécessite idéalement pas de calibrage et est indépendante
de la température. La nature dynamique de ces technique
a pour effet le changement d’informations sur l’échantil
lon. Au lieu d’activités des ions, on peut observer la
concentration d’ions labiles de l’échantillon. Ainsi, les
systèmes répondant aux ions d’hydrogène, par exemple,
permettent de détecter l’alcalinité ou l’acidité au lieu du pH
[4]. Cela ouvre des perspectives vers des techniques de
détection directe pour lesquelles il fallait jusqu’à maintenant
avoir recours à des aliquotes et des titrages volumétriques.
Solution interne
CEM
Membrane
Concentration
Échantillon
jonction liquide traditionnelle a été difficile à remplacer,
même si les liquides ioniques sont depuis peu des
matériaux prometteurs aptes à remplacer les électrolytes
intermédiaires aqueuses [2].
D’un autre côté, on note un intérêt croissant pour la
miniaturisation de senseurs sélectifs d’ions à l’échelle
du micromètre, voire du nanomètre. La plus grande
motivation réside dans la possibilité de réaliser des
mesures dans des espaces infiniment petits tels que
l’intérieur d’une cellule, ce qui reste impossible avec les
gros senseurs. Des senseurs de l’ordre du micromètre ont
été adaptés pour la cytométrie de flux. Des microélectro
des sélectives d’ions et des micro/nanosenseurs basés sur
des grosses optodes ont pu être appliquées à des cellules
pour surveiller la concentration en ions [5, 6].
Par rapport aux senseurs électrochimiques, les senseurs
optiques ont un avenir plus prometteur, puisqu’ils sont
q&more 02.14
compatibles avec l’équipement d’imagerie de pointe tel
que le microscope à fluorescence. Les ESI ont été miniatu
risés pour des expériences intracellulaires mais le niveau
de bruit, les limites de détection et la robustesse physiques
ne sont pas encore satisfaisants et nécessitent une
formation de l’opérateur. Les senseurs optiques ont bien
sûr aussi des points faibles, tels que leur tendance au
photoblanchiment. Là, c’est un avantage pour les ESI.
Notre groupe a mis au point une méthodologie simple
et pratique pour produire des nanosphères à auto-assem
blage permettant de détecter les ions de métaux [7].
Ce processus nécessite la dissolution de tous les compo
sants de senseurs avec un copolymère amphiphilique
dans du THF que l’on injecte à la solution aqueuse.
Du fait de la nature hydrophobe des composants de
senseurs, les nanosphères se forment spontanément,
avec des tailles d’environ 40 nm. À l’œil nu, on ne voit
donc qu’une solution homogène (figure 2). Toujours
est-il que ces nanosenseurs optiques fonctionnent sur le
principe de l’échange d’ions tout en maintenant une
neutralité électrique dans leur noyau hydrophobe.
Maîtriser la réponse pH croisée
des senseurs d’ions optiques
D’un point de vue historique, les optodes à ions ont
souffert de la réponse de pH croisée. Certains indicateurs
d’ions fluorescents présentent des interférences pH
similaires. Pour surmonter cet obstacle, nous avons
récemment proposé un mode de détection complet où le
senseur utilise l’analyte permettant ainsi une réponse
indépendante du pH [8]. Les suspensions d’optodes
ultra-miniaturisées sont très intéressantes dans ce
domaine puisque la réponse du senseur est bien plus
rapide que l’approche traditionnelle. Un mode de
détection complet serait très utile lorsque l’expérience
en question tolère l’utilisation d’analytes.
En avant vers l’avenir :
Effacer les limites entre la
chimie en solution et la détection
Les nanosenseurs à échange d’ion basés sur des iono
phores peuvent s’avérer utiles dans différents secteurs,
ce qui permettrait de gommer les limites entre la chimie
de solution et la détection chimique. Nous étudions
les nano-échantillons basés sur des ionophores comme
nouveaux réactifs à titrage complexométrique [9].
Des chélateurs organiques solubles dans l’eau tels que
l’EDTA ont souvent été appliqués pour la chélométrie,
mais la sélectivité et la gamme de travail du pH n’ont
pas vraiment évolué depuis 60 ans. Les suspensions de
nanoparticules basées sur des ionophores peuvent
surmonter les lacunes et peut-être remplacer ces réactifs.
La réaction de complexation passe d’une phase aqueuse
à une phase nanosphérique organique impliquant des
récepteurs extrêmement sensibles aux ions. La figure 3
montre la comparaison entre le titrage Ca2+ avec l’EDTA
et des nanosphères sélectives de calcium contenant des
ionophores.
Nous avons récemment lancé le concept de senseurs
d’ions photodynamiques sous forme de films polymé
riques [10]. Il suffit d’éclairer ces senseurs à la lumière
pour les activer ou les désactiver. Des colorants photosen
sibles tels que les spiropyrans sont utilisés à cet effet
comme chromoionophores. À la lumière ultraviolette,
le spiropyran se transforme en photomérocyanine qui
On pourrait ajouter à cette stratégie la suppression du
colorant de l’indicateur pH lipophile pour imiter la
composition des ESI à l’échelle nanométrique.
Nous avons récemment étudié les colorants sensibles
à la tension pour représenter la force électromotrice
de ces nanosphères sélectives d’ions en convertissant
la réponse potentiométrique en mesure fluorescente.
Fig. 2 Images de suspensions aqueuses nanosphériques sélectives d’ions contenant différents
chromoionophores
q&more 02.14
9
Xiaojiang Xie, né en 1986, finit actuellement
les études de Ph.D. au sein du groupe de recherche du
professeur Eric Bakker à l’Université de Genève. Entre son
Bachelor de l’Université de Nankin en Chine et le début de
ses études à Genève, il a travaillé six mois auprès de WuXi
AppTech (Shanghai) et un an et demi au sein du laboratoire
national de chimie analytique pour les sciences de la vie
de l’Université de Nankin. Ses recherches portent notamment
sur les senseurs électrochimiques et optiques pour les ions,
la miniaturisation de senseurs, la conversion photoélectrique, les senseurs photoactifs, la conception et la synthèse
de nouveaux matériaux fonctionnels et les nouveaux
concepts de senseurs pour la mesure du dioxyde de
carbone.
10
Eric Bakker, né en 1965, est professeur de chimie
à l’Université de Genève. Il a fait ses études à l’ETH (École
polythechnique fédérale) de Zurich, en Suisse. Après son
Ph.D. il suit des études post-doctorales à l’Université du
Michigan, à Ann Arbor, aux États-Unis. Sa carrière indépendante le conduit à l’Université d’Auburn aux États-Unis,
puis à l’Université Purdue à West Lafayette, à l’Université
Curtin à Perth, Australie, avant qu’il ne prenne son poste
actuel en 2010. Ses recherchent portent notamment sur
la chimie de la membrane, le transport des ions et les
processus d’extraction pour l’innovation dans le secteur de
la détection chimique et, plus récemment, sur la conversion
photoélectrique. Il a publié plus de 230 articles qui ont été
cités plus de 12 000 fois dans le monde entier. En 2014, il
reçoit le prix Robert Boyle en science analytique, de la RSC.
q&more 02.14
le départ pour de nouvelles plateformes de réactifs libérant
et systèmes de distribution. Ces spéculations prometteuses
ne doivent pas nous faire oublier les éventuelles complica
tions prévisibles associées à des expériences invivo ou
dans d’autres média complexes.
Fig. 3 Titrage à l’aide de nanoparticules sélectives de calcium
et d’EDTA. NS 1 : eau non tamponée ; NS 2: tampon pH 7,0 ;
EDTA 1: eau non tamponée ; EDTA 2 : tampon pH 7,0
Le développement de nouvelles approches de détection
d’ions par l’électrochimie et la miniaturisation de
senseurs sélectifs d’ions sont des sujets palpitants.
Mais il reste encore beaucoup de choses à explorer
et les travaux à venir devront se concentrer sur la
compréhension des nouveaux outils de détection et leurs
applications dans les secteurs demandeurs, puis identifier
les défis, améliorer les outils matériaux et démontrer
des applications clés d’importance analytique.
dispose d’une bien plus grande affinité pour les protons.
Une illumination à la lumière visible rechange la
photomérocyanine en spiropyran non basique. Lorsqu’un
senseur à ions photodynamiques est miniaturisé à
l’échelle nanométrique, il fonctionne comme un senseur
activé à la lumière mais aussi comme un outil répondant
à la lumière pour les perturbations en concentration
d’ions dans l’échantillon [11]. Le déclenchement ou
l’arrêt contrôlé par la lumière d’espèces ioniques peut être
q&more 02.14
Bibliographie
[1] Bakker, E. et al. (1997) Chem. Rev. 97, 3083–3132
[2] Zhang, L. et al. (2012) Anal. Chem. 84, 3461–3464
[3] Bakker, E. (2014) Trends Anal. Chem. 53C, 98–105
[4] Ghahraman Afshar, M. et al. (2014) Anal. Chem. 86, 64616470
[5] Dubach, J. M. et al. (2009) PNAS 106, 16145–16150
[6] Thomas, R. C. et al (1975) Nature 258, 754–756
[7] Xie, X. et al. (2013) Anal. Chem. 85, 9932–9938
[8] Xie, X et al. (2014) Anal. Chem. 86, 28532856
[9] Zhai, J. et al. Chem. Comm. submitted
[10] Xie, X et al. (2012) J. Am. Chem. Soc. 134, 16929–16932
[11] Xie, X & Bakker, E. (2014) ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 2666–2670
Photo : © fotolia.com | SSilver
11
Recherche & Développement | Recherche sur les principes actifs
Commentaire
Résistance aux
antibiotiques
Un défi constant pour la recherche de
principes actifs
Prof. Dr Mark Brönstrup, Abteilung Chemische Biologie, Helmholtz Zentrum für
Infektionsforschung (service de biologie chimique du centre Helmholtz pour la
recherche sur les infections), Braunschweig, Allemagne
Vous aussi, vous trouvez ça pénible et agaçant de devoir ressortir un dossier que vous
aviez déjà terminé et archivé parce qu’en fait, il n’est pas terminé et relève finalement
de la plus grande urgence ? Dans la recherche sur les principes actifs, les antibiotiques
font partie des exemples de tâches qui reviennent à la charge, comme nous le montre
le dernier rapport de l’OMS sur la résistance aux antimicrobiens.
La découverte des antibiotiques au début du 20e siècle
a été une révolution dans l’histoire de la médecine.
Tout a commencé par la découverte de la pénicilline par
Alexander Fleming puis des sulfamides par Gerhard
Domagk. Jusqu’aux années 1960, de nombreuses classes
d’antibiotiques efficaces ont été lancées sur le marché.
Nombre d’entre eux sont encore utilisés de nos jours.
Cette victoire a fait dire au chirurgien général américain
William H. Steward « Il est temps de fermer le livre des
maladies infectieuses et d’annoncer que la guerre contre
la pestilence a été gagnée. »
Une pénurie de nouveaux produits
Une conclusion hâtive qui sous-estime la capacité de
transformation des agents pathogènes. En outre, des
arguments économiques s’opposent à un engagement
trop important de l’industrie dans la recherche et le
développement d’antibiotiques : Les nouveaux produits
12
innovants étant utilisés à court terme sur une courte
durée de quelques semaines (le patient étant ensuite
guéri), puis utilisés comme médicament de réserve au
lieu d’un traitement de fond, les antibiotiques ne
représentent qu’un faible chiffre d’affaires par rapport
à des médicaments contre les maladies chroniques.
Paradoxalement, la qualité a été fatale à la recherche :
La grande prédictivité translationnelle de systèmes in-vitro
et les modèles animaux pour antibiotiques impliquent
un fort taux d’exclusion en phase préclinique et par
conséquent des pipelines quantitatifs très étroits – un
inconvénient lorsque la perspective de productivité de
la R&D est régie par les chiffres, celle-ci n’ayant pas fait
écho aux bons résultats du développement clinique
ultérieur. Une attractivité économique moindre et un
besoin médical apparemment couvert ont eu pour
conséquence, au cours des deux dernières décennies,
des réductions massives dans la recherche sur les antibio
tiques et donc un ralentissement du développement de
nouveaux produits.
q&more 02.14
Aller à l’encontre
du développement croissant
de résistance
En revanche, les agents pathogènes ont continué à
développer leur résistance. Les bactéries s’adaptent
constamment, soit par mutation, soit par adoption de
gènes complets. De nombreux antibiotiques perdent de
leur efficacité, en particulier face aux germes à problèmes
de la famille ESKAPE. C’est pourquoi les scientifiques
prédisent un retour à l’ère pré-antibiotique, avec une forte
mortalité infectieuse, si ce développement se poursuit.
Cette vision cauchemardesque a déclenché des réactions
de la part des entités concernées : La FDA, autorité de
santé américaine, a mis en place un certain nombre de
mesures répertoriées dans le GAIN (Generating Antibiotics
Incentives Now) Act, telles qu’une simplification des
études d’homologation, une accélération des processus
d’homologation (« fast track ») et une prolongation
de la durée de validité des brevets. Elle compte ainsi
rendre le développement d’antibiotiques plus attractif
d’un point de vue économique pour les entreprises
biotechnologiques actives de manière anticyclique telles
que Cubist mais aussi de grands revenants dans l’indus
trie pharmaceutique tels que Novartis, Sanofi ou Roche.
Les chercheurs travaillent de moins en moins seuls dans
leur laboratoire. La recherche s’organise désormais sous
forme de consortiums, à l’instar du New Drugs for Bad
Bugs (ND4BB) créé dans le cadre de l’initiative euro
péenne IMI (Innovative Medicine Initiative).
L’Allemagne voit la mise en place d’une stratégie sur
la résistance aux antibiotiques, la DARTS (Deutsche
Antibiotika Resistenzstrategie) et la fondation d’un
centre allemand de recherche en infectiologie, le DZIF
(Deutsches Zentrum für Infektionsforschung).
Rassembler le savoir
Le DZIF regroupe 32 institutions, dont des universités,
des cliniques universitaires, des instituts Leibniz et Max
Planck, des centres Helmholtz et des institutions fédérales
de recherche. Le centre rassemble des experts de la
recherche fondamentale, des experts en épidémiologie et
des experts cliniques afin de relever le défi capital de la
recherche en infectiologie. Pour venir à bout de ces
résistances, ces engagements doivent être déterminés,
durables et de longue haleine (les agents pathogènes
ont de l’endurance). Du point de vue de la recherche,
la question est surtout de savoir quelle approche inno
q&more 02.14
Mark Brönstrup, né en 1971, a étudié la chimie à
l’Université Philipps de Marburg en Allemagne et à l’Imperial College
à Londres. Il obtient un doctorat de chimie organique en 1999 à
l’université technique de Berlin. De 2000 à 2013, il travaille au sein
du groupe pharmaceutique Sanofi à Francfort. Il est d’abord responsable d’un laboratoire de spectrométrie de masse puis responsable
de la section pour la recherche sur les produits naturels, pour les
marqueurs biologiques et les diagnostics du diabète, mais aussi des
domaines pour les marqueurs biologiques, l’imagerie biologique et
les tests biologiques. Depuis décembre 2013, il est à la tête du
service de chimie biologique du centre Helmholtz pour la recherche
en infectiologie. Il est également professeur à l’Université Leibniz de
Hanovre.
vante apportera de nouveaux produits (pas seulement des
produits existant déjà) : recherche sur les produits
naturels modernisée et basée sur le génome, inhibiteurs
pathologiques tels que les inhibiteurs du Quorum Sensing
ou fixateurs de toxines, agents immunomodulateurs ou
antibiotiques à agent pathogène ciblé.
■■ [email protected]
13
Recherche & Développement | Nanodiamants
14
q&more 02.14
En route vers la
nanomédecine
Avantages des nanodiamants fabriqués
par détonation pour les applications
médicales
Prof. Dr Jean-Charles Arnault, Céline Gesset, Dr Hugues Girard, Dr Jacques de Sanoit,
Laboratoire Capteurs Diamant, CEA, Saclay, France
q&more 02.14
15
Les nanoparticules de diamants ou nanodiamants (ND) disposent de nombreux avantages
essentiels pour les applications de la biomédecine : cytotoxicité et génotoxicité très faibles
[1], chimie superficielle du carbone permettant la fonctionnalisation covalente de molécules cibles ou molécules de marquage (oligonucléotides, protéines, colorants fluorescents, acides nucléiques peptidiques [2], etc.) et charge de surface ajustable pour la
diffusion des principes actifs [3]. Les nanodiamants synthétisés par détonation [4] disposent de toutes ces propriétés pour une taille primaire de 5 nm, taille compatible avec
l’élimination rénale. Cependant, les propriétés des ND sont très dépendantes de leur
chimie de surface.
Le Laboratoire Capteurs Diamant (CEALIST) a développé
une expertise concernant le contrôle de la chimie de
surface des nanodiamants. Des traitements originaux
comme l’hydrogénation plasma [5] ou la graphitisation
de surface [6, 7] ont été optimisés pour obtenir une
chimie de surface homogène conduisant à des propriétés
électroniques de surface spécifiques. Ces ND ont ainsi
une charge de surface ajustable et une très bonne stabilité
colloïdale en milieu biologique.
Forte affinité pour
les molécules d’eau
Les nanodiamants hydrogénés sont obtenus suite à
une exposition à un plasma d’hydrogène assisté par
microondes. 80 mg de nanodiamants peuvent être traités
à la fois (dosés précisément à l’aide du QuantosSystem
QB5L de MettlerToledo). L’hydrogène atomique produit
par le champ microondes provoque une gravure du
carbone nondiamant, une réduction des groupements
oxygénés et la formation de liaisons C sp3H. La cinétique
de cette technique d’hydrogénisation a été étudiée par une
analyse de surface séquentielle. L’utilisation d’un réacteur
MPCVD (microwave plasma chemical vapor deposition),
développé au laboratoire, nous a permis de créer les
conditions idéales pour la production de grandes quan
tités de nanodiamants hydrogénés (NDH) (cf. fig. 1) [9].
Les NDH disposent d’un coeur diamant entouré de
terminaisons CH stables.
Fig. 1 Mise au point d'une expérience pour l'hydrogénation
16
La grande affinité des NDH pour les molécules d’eau a
été révélée grâce à des isothermes d’adsorption (BET).
Ils disposent d’un plus grand nombre de sites hydrophiles
que les NDCOOH [5]. C’est ce qui a permis d’obtenir des
suspensions de NDH stables dans de l’eau, montrant un
potentiel zêta (ZP) positif, + 45 mV pour un pH= 7.4 (cf.
q&more 02.14
De g à dr : Dr Hugues Girard, Prof. Dr Jean-Charles Arnault, Dr Jacques de Sanoit, Céline Gesset
Hugues Girard, né en 1979, a reçu son titre
de docteur en chimie et sciences de la matière en 2008
à l’Université de Versailles, France. Son doctorat l’a amené
à se pencher sur la réactivité électrochimique d’électrodes
en diamant. De 2008 à 2009, il a occupé un poste de
post-doctorant auprès du Commissariat à l’énergie atomique
(CEA) et de l’École Polytechnique, où il a acquis une grande
expérience dans le domaine de la chimie superficielle des
nanoparticules de diamants. En 2010, il entre au Laboratoire Capteurs Diamant (CEA) en tant que chercheur
permanent. Il s’intéresse alors notamment aux applications
biologiques et technologiques des nanoparticules de
diamants. Son expertise lui permet de développer des
méthodes originales pour le traitement plasma de nano
diamants pour l’hydrogénation de leur surface et, plus
récemment, pour leur marquage radioactif.
Jean-Charles Arnault, né en 1966,
est directeur de recherche auprès du Commissariat à
l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA).
Après l’obtention de son doctorat en 1993, il devient maître
de conférences à l’Université de Strasbourg, poste qu’il
occupe jusqu’en 2007, où il intègre le Laboratoire Capteurs
Diamant (CEA). À l’origine, il était spécialisé dans la
nucléation et la croissance du diamant, les interactions
entre plasma MPCVD et surfaces par des méthodes
d’analyse de surface et la microscopie électronique. Depuis
2008, il a développé un nouvel axe de recherche au CEA lié
aux modifications de surface de nanoparticules de diamant
q&more 02.14
par des traitements plasma ou thermiques. L’objectif est de
leur conférer de nouvelles propriétés de surface. Des nanodiamants hydrogénés ont récemment révélé un fort potentiel
pour les applications biologiques, notamment par un effet
de radiosensibilisation.
Jacques de Sanoit, né en 1955, est chercheur
au CEA comptabilisant 35 années d’expérience. Après 10
années de recherche et de développement dans le domaine
du retraitement des combustibles nucléaires et de la séparation radiochimique des actinides mineurs, il passe 15 ans
au Laboratoire National Henri Becquerel (CEA-LIST) où il
est responsable de la préparation de sources radioactives
pour la métrologie primaire des rayonnements ionisants.
Depuis 10 ans, il travaille au Laboratoire Capteurs Diamant
(CEA-LIST), où il développe des capteurs électrochimiques.
Céline Gesset, née en 1979, diplômée de
Télécom SudParis en 2004 avec une spécialisation en
optique et capteurs à haute fréquence. Elle intègre le CEA
en 2005 où elle met au point des designs de capteurs
hautes fréquences innovants pour des applications dans
des domaines comme la sécurité. Elle rejoint l’équipe du
Laboratoire Capteurs Diamant en 2008 et est notamment
chargée d’étudier les nanodiamants pour les capteurs et
les applications biologiques. Pour cela, elle se consacre
tout particulièrement à l’étude de la modification des surfaces de nanoparticules de diamants suite à différents
traitements (chimie, gaz, etc.), leur caractérisation et la
mesure de leurs propriétés colloïdales.
17
fig. 2). L’origine de ce potentiel positif est liée à un
dopage par transfert de la nanoparticule de diamant de
5 nm expliqué par le comportement semi-conducteur
du diamant.
Une réaction photochimique avec des alcènes et le
greffage de sels de diazonium ont permis d’étudier
la réactivité chimique du ND-H. Son comportement
est similaire à celui des couches de diamant
hydrogénées [10].
Fig. 2 Suspension
colloïdale de
nanodiamants
hydrogénés dans de
l'eau (3 mg/mL)
Efficacité contre les
cellules tumorales
Les terminaisons hydrogénées peuvent conférer aux ND
de nouvelles propriétés pouvant aller jusqu’à un effet de
radiosensibilisation pour la thérapie anticancéreuse. En
effet, nous avons prouvé un effet de radiosensibilisation
in-vitro de ND hydrogénés de 5 nm sur des lignées
cellulaires résistantes aux rayons gamma (en collabora
tion avec Le Laboratoire de Cancérologie Expérimentale,
CEA iRCM) [11]. Sous rayonnement X, les ND-H peuvent
générer de fortes concentrations d’espèces réactives de
l’oxygène (ROS) pouvant être utilisées contre les cellules
tumorales. La génération de ROS pourrait être liée avec
les propriétés caractéristiques de la surface hydrogénée,
c’est-à-dire avec son affinité électronique négative et sa
Laboratoire Capteurs Diamant, CEA-LIST, Saclay, France
Les activités de recherche du Laboratoire Capteurs Diamant sont concentrées sur
la croissance CVD du diamant et ses applications innovantes. Grâce à ses
propriétés exceptionnelles, le diamant peut relever différents défis industriels :
capteurs pour environnements complexes, revêtements fonctionnels, interfaces
biologiques, etc.
Les couches de diamants sont fabriquées pour des revêtements de protection,
des applications tribologiques ou biologiques et comme substrats de qualité pour
le développement de capteurs et de détecteurs. Nos recherches portent également
sur les propriétés chimiques et physiques des couches de diamants et des
surfaces des nanodiamants (fonctionnalisation, interaction plasma/surface,
interfaces biologiques, etc.).
Notre plateforme technologique, notre expérience scientifique et nos nombreuses
coopérations nous ont permis de développer des applications dans des domaines
très variés : sécurité, santé, nanotechnologie, installations Synchrotron, etc.
■■ http://cnanoidf.org/fr/
recherche/nanochimie-nc/
equipes/equipes-paris-sudorsay-palaiseau/article/
laboratoire-capteursdiamant-cea
18
grande réactivité face aux molécules d’eau [5]. Des
travaux de recherche étudient actuellement les effets
biologiques [12].
Des nanoparticules sont actuellement utilisées comme
radiotraceurs pour quantifier les risques des nanotech
nologies pour la santé ou en théranostique [13].
Le remplacement de l’hydrogène par du tritium pendant
le plasma permet d’obtenir une chimie superficielle en
C-3H afin de conférer aux particules des propriétés de
radiotraçage inhérentes, condition indispensable pour
les études de biodistribution. Un marquage radioactif du
coeur diamant semble être une approche très prometteuse
pour le suivi des ND. Un tel marquage radioactif direct
par traitement par plasma a été récemment réalisé [14].
La radioactivité globale mesurée par scintillation liquide
est composée à 93 % d’atomes 3H liés à la surface des ND,
les 7 % restant étant liés au coeur diamant. Une telle
dotation 3H garantit des nanodiamants marqués
radioactifs extrêmement stables, dont la surface peut
être fonctionnalisée.
Conclusion
Grâce à un potentiel zêta positif, nécessaire pour la
diffusion du principe actif, et un cœur diamant ayant
un potentiel thérapeutique, les ND-H sont prêts pour une
utilisation en nanomédecine. Jusque-là, les nanodiamants
étaient jugés efficaces mais considérés comme des
plateformes inertes. Nous avons démontré que les ND,
notamment les ND-H doivent désormais être considérés
comme un nanomatériau actif.
Bibliographie [1]Paget, V. et al. (2013), Nanotoxicology, DOI: 10.3109/17435390.2013.855828
[2]Gaillard, C. et al. (2014) RSC Advances 4, 3566–3572
[3]Krueger, A. & Lang, D. (2012) Advanced Functional Materials 22, 890
[4]Dolmatov, V. Y. (2007) Russian Chemical Reviews 76, 339
[5]Petit, T. et al. (2013) Nanoscale 5, 8958–62
[6]Petit, T. et al. (2011) Phys. Rev. B 84, 233407.v
[7]Petit, T. et al. (2012) Nanoscale 4 , 6792
[8]Arnault, J. Cet a. (2011) Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 11481
[9]Girard, H. A. et al. (2010) Diam. Relat. Mater. 19, 1117
[10] Girard, H. A. et al. (2011), Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 11511
[11 P etit, T. et al., Proceedings of the 13th IEEE International Conference
on Nanotechnology, Beijing, China, 5.–8. August 2013
[12] Grall, R. et al. (noch einzureichen)
[13] Hong, H. et al. (2009) Nano Today 4, 399
[14] Girard, H. A. et al. (2014) Chem. Comm. 50, 2916
Photo : © istockphoto.com | Tempura, Simfo
q&more 02.14
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Diamants & More
Une découverte sensationnelle au Brésil
Un diamant révèle la présence d’un réservoir d’eau au centre de la Terre
L’équipe internationale de chercheurs de Graham Pearson
de l’Université d’Alberta au Canada a découvert dans un
diamant de 0,09 g des traces de ringwoodite, un minéral
renfermant de l’eau. Ce fut la première découverte de
ringwoodite d’origine terrestre. Jusquelà, la ringwoodite
avait déjà été trouvée dans des météorites ou créée
artificiellement en laboratoire. Des recherches ont montré
que le fragment découvert dans la ville brésilienne de
Juina contient environ 1,5 % de son poids d’eau, une
quantité non négligeable. Cette découverte vient étayer
les théories scientifiques sur la présence d’une grande
quantité d’eau à 410 – 660 km sous la surface de la Terre.
Selon des estimations, les chercheurs pensent que la zone
de transition de la croûte terrestre contiendraient autant
d’eau que tous les océans réunis.
Graham Pearson
montre le minuscule
diamant ayant permis
de prouver la présence
de ringwoodite sur la
Terre.
Photo : © Richard Siemens/
University of Alberta
Source : www.ualberta.ca
Publication originale : Nature, 2014, DOI: doi: 10.1038/nature13080
Des diamants dans le firmament
Un diamant géant dans l’espace
Étoile diamant :
10 milliards de milliards
de milliards de carats
Les astronomes du centre HarvardSmithsonian d’astro
physique ont découvert un diamant cosmique à 50 années
lumière de la Terre. Ce bijou de 4 000 km de diamètre
pour 10 milliards de milliards de milliards de carats
(un 1 suivi de 34 zéros), est une naine blanche cristal
lisée, résidu d’une étoile qui s’est éteinte. Les naines
blanches sont constituées en majeure partie de carbone,
et sont entourées d’une fine couche d’hydrogène et
d’hélium gazeux. L’astronome Travis Metcalfe, à la tête de
l’équipe de chercheurs, nous explique qu’il nous faudrait
une loupe de joailler de la taille de notre soleil pour le
mesurer. Il ajoute que le soleil finira aussi, dans un avenir
très lointain, par se transformer en diamant géant.
Photo : © Centre Harvard
Smithsonian d’astrophysique
Source : www.cfa.harvard.edu
Diamants à nano-particules doubles
Un diamant résistant à la chaleur
Sa résistance extrême fait du diamant un matériau
très apprécié pour les outils de découpe et de meulage.
Pourtant, le diamant commence à brûler à 800°C.
Il n’est donc pas adapté pour les applications à très
forte température. Des chercheurs de l’université chinoise
Yanshan de Qinhuangdao sont parvenus à créer un
diamant à nanoparticules doubles bien plus dur et bien
plus résistant que son modèle naturel. Il peut être utilisé
dans des applications bien plus nombreuses. Les cher
cheurs de l’équipe de Yongjun Tian ont utilisé pour cela
20
des cristaux maclés. Ils sont alignés les uns aux autres
de sorte qu’aucun pli ne se forme entre eux, pour
stabiliser la structure générale. Pour le super diamant,
les chercheurs sont partis d’un matériau composé de
couches imbriquées de réseaux de carbone, les unes sur
les autres, un peu comme les couches multiples de
l’oignon. Les chercheurs ont constaté que lorsqu’on le
chauffe à 2 000 °C avec une pression de 20 GigaPascal,
le carbone se transforme en super diamant. Celuici
résiste à une température de 1 000°C, une partie du
carbone ne se changeant qu’en infime partie en graphite.
Publication originale : Nature (12 June 2014), DOI: 10.1038/nature13381
q&more 02.14
Le cœur des nanofils est un filament long et fin d’atomes de
carbone, rangés comme dans l’unité de base de la structure du
diamant : des anneaux de cyclohexane en zig-zag de six atomes
de carbone sont reliés entre eux, chacun des atomes de carbone
étant entouré d’atomes pour former un tétraèdre régulier.
Photo : © John Badding Lab, Penn State University
Le diamant Cullinan
Nano-filament
Le plus gros diamant
jamais trouvé
D’infimes diamants
sous forme de nano-fils
Les neufs plus gros éclats du diamant Cullinan après clivage.
Le plus gros diamant jamais trouvé est le « diamant
Cullinan ». Il a été découvert en 1905 en Afrique du Sud
et pesait, à l’état brut, 3106,75 carats (621,35 g).
Il a été découvert dans la mine Premier, à 38 km à l’est de
Pretoria, à seulement 9,5 mètres de la surface de la Terre.
Il doit son nom au propriétaire de la mine, Thomas
Cullinan. En 1908, le tailleur Joseph Asscher fractionne
le diamant brut en 105 pierres, dont 9 grosses et 96
petites. Les neufs gros diamants sont baptisés Cullinan
I-IX et font tous partie des bijoux de la couronne britan
nique abrités dans la Tour de Londres. La plus grosse
pierre, Cullinan I, pèse 530,2 carats (106,04 g) et est
communément appelée la « Grande étoile d’Afrique ».
Pour la première fois, des chercheurs de la Pennsylvania
State University sont parvenus à fabriquer des fils
nanométriques composés d’atomes de carbone comme
dans le diamant. Se sont donc des rangées de diamants
miniatures. Ce nouveau matériau prometteur aurait des
qualités exceptionnelles en matière de solidité et de
raideur dépassant en ces termes les nanotubes de carbone
que l’on connait à l’heure actuelle, selon l’équipe du
professeur de chimie John V. Badding. Les chercheurs
ont obtenu le nanofil en soumettant du benzol à une
forte pression. Les molécules de benzol ont éclaté.
Lorsque les chercheurs ont diminué la pression, les
anneaux brisés de benzol se sont réarrangés pour se lier
et former une structure alignée jusque-là encore inconnue.
Source : science.psu.edu
Publication originale : Nature Materials (2014), DOI: 10.1038/nmat4088
Technologie
« Le maintien d’une posture correcte et la mise en place de
processus de travail ergonomiques permettent d’éviter
l’apparition de problèmes de santé fréquemment rencontrés
chez les techniciens de laboratoire. »
Barbara Bienlein, médecin spécialiste et gérante de MedicalForce
Priorité à la santé
Kontaminationsrisiken vermeiden
durch berührungslosen Betrieb
Stativ mit Schnellentriegelung
für einfaches Zerlegen
Les balances XS de Mettler-Toledo allient
efficacité et ergonomie à la perfection –
favorisant ainsi la protection de la santé au travail.
D’après Barbara Bienlein, médecin spécialiste et gérante
ErgoSens ermöglicht
durch
Dank spezieller
de MedicalForce,
Zurich,
les tâches prolongées
deVerriegelungen
schlichte Handbewegung die
lässt sich das Stativ in wenigen
pesage,
qui requièrent une grande précision,
peuvent
Ausführung bestimmter WaagenSekunden anbringen und abnehentraîner l’apparition de divers problèmes de santé,
funktionen,wiez. B.Tarierenoder
men – besonders beim Zerlegen
tels que des douleurs et une fatigue musculaires au
Drucken.
für die Reinigung ein echter
niveau du cou et des bras, une fatigue
des yeux et des
Vorteil.
maux de tête ou encore des irritations cutanées et des
pathologies liées au contact avec des produits chimiques.
Grâce au pied du terminal, vous pourrez réaliser de sérieux
gains de temps et maintenir une posture correcte durant
toutes vos activités prolongées de pesage.
22
q&more 02.14
13
Reducing
Ergonomic
Risks in Laboratories
Fig. 1
L’ergonomie favorise
la productivité
L’optimisation de la gamme de balances XS a permis
d’atteindre un niveau de capacité et de performance
répondant aux exigences de nombreuses applications.
Pensé dans les moindres détails, le design des balances
XS permet à tous les utilisateurs de réaliser leurs tâches de
pesage quotidiennes de la façon la plus ergonomique qui
soit. Combiné au pied ErgoStand, disponible en option,
le terminal, placé à hauteur d’yeux, élimine les tensions
au niveau du cou et favorise le maintien d’une posture
correcte. L’inclinaison du terminal est réglable. Pour une
utilisation encore plus simple, le terminal est équipé
d’une surface utilisateur optimisée. La zone d’affichage
laisse apparaître de grands chiffres parfaitement lisibles.
La fatigue des yeux est ainsi significativement réduite, et
les techniciens peuvent se concentrer pleinement sur leurs
tâches de pesage.
Des performances optimales,
même dans les conditions les
plus difficiles
Les balances de précision à petite plateforme sont
désormais équipées du nouveau plateau SmartPan,
qui repose sur la technologie éprouvée du plateau
SmartGrid. Cela permet de réduire le temps de stabili
sation de moitié et de multiplier la reproductibilité par
deux – et cela même dans les conditions particulièrement
difficiles d’une hotte de laboratoire. Le poids minimum
peut également s’en trouver considérablement amélioré.
Cela est particulièrement utile lorsqu’on travaille avec des
substances chères ou toxiques. De plus, les plateaux de
balance SmartPan sont facilement démontables, ce qui
facilite grandement leur entretien.
■ www.mt.com/balances
q&more 02.14
Testez et optimisez l’ergonomie de votre laboratoire.
Laboratory
Ergonomic
s Checklist
Avec ses nouveaux produits, MettlerToledo compte bien
veiller sur la santé du personnel de laboratoire. Optimisée
et étendue, la gamme de balances XS, qui repose sur une
technologie de pesage brevetée, constitue une avancée
révolutionnaire dans l’optimisation des performances des
balances et se fonde sur un design ergonomique innovant,
qui requiert beaucoup moins d’efforts de la part de
l’utilisateur. En outre, ces nouvelles balances offrent un
maximum de sécurité opérationnelle et garantissent des
résultats extrêmement précis.
list
Laboratory Check
Fig. 2
Reducing
Ergonomic
Risks in Laborato
Reducing
Ergonomic
ries
t
nomics Checklis
Laboratory Ergo
ce
mize Your Workpla
Evaluate and Opti
Summary
Fig. 4
1. Work proce
sses
Do you have
ition tools
t. The
with their work environmen
which humans interact
well-being. Shaping
with systems in
performance and
Ergonomics deals
terms of workers'
work perforthe workplace in
only results in better
goal is to improve
to the worker not
in laboratories
t and processes
Common problems
the work environmen
problems as well.
caused by overwork-related health
limbs and the neck,
mance, but in fewer
overload.
diseases of the upper
and mechanical
musculoskeletal
e working postures
are work-related
working tasks, unfavorabl
are also common.
repetitive
demands
to
due
visual
use
with high
to working tasks
Eye problems linked
workplace.
to assess your own
ergonomic checklist
modifications.
Use this laboratory
indicateFig.a 10need for
to any items, it may
If you answer “NO”Fig. 9
Reducing Ergonomic
Reducing
Ergonomic
lean work
processes
and equipm
Yes
ent in
and supplie
s so that they
are within
Position work
supplies in
their order
Remove unnec
of use
essary supplie
s from the
Fig. 2
work area
Fig. 1
Fig. 1
Fig. 2
Do you often
perform deman
prolonged
ding activiti
repetitive tasks
es such as
or applying
with your arms
meaningful
or hands?
force
Yes
No
Risks in Laborat
ories
Rotate betwee
n different
workstations
or jobs at
Fig. 4
Fig. 3
Fig. 12
s
Fig. 11
En collaboration avec la spécialiste
Barbara Bienlein, MettlerToledo a
établi une checklist de 44 ques
tions permettant d’évaluer le niveau
d’ergonomie des laboratoires.
Cette liste détaillée contient
également des astuces et
techniques extrêmement utiles.
Elle est d’ailleurs disponible en
libre téléchargement.
s and Application
Laboratory Workplace
n
Work organizatio
work
Standing laboratory
work
Seated laboratory
monitors
Working at PCs and
and safety cabinets
Working at hoods
Fig. 1 s
Working at microscope
2
3
4
6
8
10
11
Pipetting
Fig. 2
Weighing
13
15
Laboratory equipment
Fig. 3
2
Laborator
METTLER
No
Tips for Optim
ization
Repos
Fig. 4
Do you perform
prolonged
repetitive tasks?
Do you work
in the same
position for
hours?
Yes
No
• Avoid prolon
ged static
positions
Take short
breaks to stretch
, move and
muscles
relieve
• Close your
eyes or focus
on someth
ing in the distanc
e
y Checklist
TOLEDO
Fig. 4
■ www.mt.com/labtec-ergonomics
Le placement du terminal sur un pied favorise le maintien d’une posture correcte.
Gesundheitsschutz mit XS-Waagen
Die Konstruktionsmerkmale wurden mit grösster
Sorgfalt darauf abgestimmt, die täglichen Aufgaben
für die Bediener so ergonomisch wie möglich zu
gestalten und häufigen gesundheitlichen Beschwerden
vorzubeugen:
•Schmerzen in Rücken, Händen, Armen und Nacken
•Müdigkeit und Überanstrengung der Augen
•Durch Chemikalien ausgelöste Reizungen oder
Beschwerden
B. Bienlein,
MAS Arbeit und Gesundheit
Spezialistin für Rehabilitationsmedizin und
Geschäftsführerin bei Medicalforce
„Eine korrekte Haltung und ergonomische
Arbeitsabläufe tragen zur Vermeidung von
gesundheitlichen Beschwerden bei, die unter
Labormitarbeitern weit verbreitet sind.“
3
Obtenez des résultats jusqu’à deux fois plus rapides grâce au nouveau plateau
de balance SmartPan.
23
Alimentation & Analyse | Les nouveaux aliments
Superfood &
polyvalent ?
Chia – un complément précieux,
mais qui ne remplace pas tout
Prof. Mag. Dr Susanne Till, département des sciences alimentaires de
l’Université de Vienne, Autriche
Au 16e siècle, le chia est une des plantes
les plus importantes pour les Aztèques.
24
q&more 02.14
q&more 02.14
25
Que la communauté internet veuille perdre du poids ou opte pour une alimentation saine,
le chia est devenu le superfood et est de toutes les conversations. Pour certains, c’est
même un super-produit polyvalent. Les recettes les plus diverses, de la crème dessert
au chia au Chia Fresca, en passant par les muffins et la confiture, circulent sur les forums
internet avisés. Le chia assurerait-t-il jeunesse, minceur et beauté éternelles ?
Mais qu’est-ce qui se cache derrière ces minuscules graines, qu’est-ce qu’elles
renferment et quels sont leurs pouvoirs réels ?
sauge espagnole atteint au bout de 6 mois une taille de
2 m. Elle fleurit à noël [51]. Comme elle ne résiste pas
aux températures hivernales, il faut la faire pousser en
serre.
Composants
Chia en fleurs
Petits fruits
d’une grande plante
Ce que l’on appelle « graines de chia » est un produit
traité composé des fruits de la sauge espagnole (Salvia
hispanica L.), une variété annuelle tropicale-subtropicale
que l’on trouve au Mexique. Elle n’a pas grand chose à
voir avec sa cousine méditerranéenne, la sauge officinale
(Salvia officinalis L.), que l’on utilise sous nos latitudes
comme herbe aromatique. En général, les graines de chia
sont un mélange de fruits gris-noir (95 %) et blancs (5 %).
Ils ont une forme elliptique [24] et une taille d’environ
2 mm. Ils sont brillants et leur surface est marbrée.
Les cellules spéciales de l’exocarpe libèrent du mucilage
au bout de 5 minutes dans l’eau [52]. Plantez les graines
en terre, vous verrez apparaître au bout de quelques jours
seulement des pousses très riches. Plantée en mai, la
26
Les graines de chia sont riches en acide α-linoléique
(C18:3 ω-3), mucilage (neutre) [35], fibres [3, 15, 35]
et antioxydants (flavonoïde, quercétine, kaempférol)
[25, 35]. Elles contiennent bien plus de protéines, lipides
et fibres que les principales céréales. Le schéma d’acides
aminés montre une bonne teneur en lysine, méthionine
et cystéine. Contrairement aux céréales, elle ne contient
aucun acide gras limitant [15]. La teneur en lipides de
30 – 34 % [3, 15] lui confère une teneur énergétique
supérieure aux céréales. Comparée aux principaux
oléagineux (cf. tab. 1), l’huile de chia montre le plus
haut taux d’acide a-linoléique (63 %), dépassant même
celui de l’huile de lin (issue de graines de lin 52,8 %)
[3, 45]. Nous nous étendrons plus loin sur les trois
principaux composants, (acide α-linoléique, fibres,
antioxydants).
Acide α-linoléique
L’acide α-linoléique est un acide gras insaturé avec triple
liaison essentiel que nous devons absorber par la nourri
ture. De nombreuses études [46, 50] lui confèrent (ainsi
qu’à ses dérivés) d’excellentes vertus contre les maladies
cardiovasculaires.
Fibres et mucilage
Les enzymes de digestion de l’homme ne peuvent digérer
les fibres qui transitent donc vers le gros intestin où elles
fermentent avant d’être assimilées par les bactéries intesti
nales, nourrissant ainsi les bonnes bactéries de la flore
intestinale. Elles sont donc indispensables à un bon
transit intestinal pour assurer des selles régulières et
q&more 02.14
pour la bonne santé de l’intestin. Les graines de chia sont
très riches en fibres (27 – 41 g/100 g) [15] - bien plus que
les céréales (cf. tab. 2). Les fibres du chia sont surtout de
nature non solubles (23 – 46 %) et provoquent des
gonflements. Le chia ne contient que peu de fibres
solubles, dont fait partie le mucilage que l’on obtient
en faisant tremper les graines (2,5 – 7,1 %) [15].
Elles pourraient nourrir les bactéries de la flore intestinale
et peut-être avoir le même effet que les graines de lin sur
le transit intestinal. Il n’existe malheureusement pas
encore assez d’études sur ce sujet.
Antioxydants
Parmi les composants intéressants des graines de chia,
on peut noter les antioxydants [15, 25, 35], qui per
mettent de conserver plus longtemps l’huile de chia que
l’huile de lin (issue de graines de lin). En outre, ils
auraient d’excellentes vertus de protection des cellules.
Combien par jour ?
Jusqu’à 48 g de graines de chia / jour selon les États-Unis,
dans leurs directives diététiques (Dietary Guidelines)
depuis 2000 [31]. En Europe, le chia est encore un
aliment nouveau. Il n’est autorisé qu’en complément
au pain à raison de 5 % maximum [37]. Il existe depuis
2013 un complément juridique autorisant jusqu’à 15 %
de graines de chia par jour. Pour le pain, les céréales du
petit déjeuner, mélanges de fruits, de noix et de graines,
ce sont seulement 10 %.
Germes
Des observations personnelles sur la germination des
graines de chia [51] ont permis d’établir une période de
germination courte de 3 à 4 jours et une croissance rapide
des germes, que l’on peut utiliser au bout de 12 – 14 jours
comme pousses. L’Academy of Nutrition and Dietetics
américaine [33] en recommande d’ailleurs la consomma
q&more 02.14
Tab. 1 modifié selon [3] : Proportion en % des principaux acides gras Oméga dans la teneur
totale en graisse des fruits de la Salvia hispanica et de ses jumeaux, et d’un certain nombre
d’huiles végétales. Tous les acides gras n’ont pas été retenus. Les sommes ne sont donc pas
égales à 100 %.
Plante ou huile
Acide oléique %
(C 18:1 ω-9)
Acide linoléique %
(C18:2 ω-6)
acide a-linoléique%
(C18:3 ω-3)
Salvia hispanica
Fruits et huile
7,8
20,2
63
Salvia columbariae
Fruits
8,9
17
6,5
Hyptis suaveolens
Fruits
8,6
80,4
0,3
Huile de graines de
courge [45]
27,5
49,2
0,4
Huile de lin [45]
19,1
14,3
52,8
Huile de pavot [45]
10,6
72,8
1
Huile d’olive [45]
69,4
8
0,8
Huile de colza [45]
52,2
22,4
9,6
[45]
10,3
75,1
0,4
Huile de tournesol [45]
19,9
63,1
0,5
Huile de pépins de
raisins [45]
16,3
65,9
0,4
Huile de noix [45]
18,3
52,4
12,2
Huile de carthame
Tab. 2 modifié selon [3] : Valeur nutritive et composition du chia et des céréales.
Plante
Énergie
kcal/100 g
Protéines
%
Lipides
%
Glucides
%
Fibres %
Centre
%
Riz
358
6,5
0,5
79
3
0,54
Orge
354
12,5
2,3
73
17
2,29
Avoine
389
17
7
66
11
1,72
Blé
339
14
2,5
71
12
1,78
Maïs
365
9,5
5
74
3
1,20
Chia
550
21
30,5
40
27
4,61
tion. Les pousses de chia ont un goût de noix et sont une
excellente source d’acide α-linoléiques [32]. Vous pouvez
les ajouter à vos salades, sandwiches et autres prépara
tions [33]. Il serait intéressant de réfléchir à une culture
commerciale.
27
Utilisation et effets du chia
Utilisation
Des codex du 16e siècle révèlent que le chia était une des
principales plantes cultivées par les aztèques [3, 10, 23].
Ils utilisaient les fruits entiers mais aussi le mucilage,
la farine et l’huile de chia. Depuis environ 1600 après J.C.,
le chia est la base d’une boisson rafraichissante que de
nombreux mexicains consomment aujourd’hui encore
sous l’appellation « Agua de Chia » ou « Chia Fresca »
[3, 10, 23]. On trouve de nombreuses recettes sur internet,
où le chia a le vent en poupe. Le chia n’est pas seulement
intéressant comme complément alimentaire mais aussi
comme aliment et comme additif alimentaire [31].
Après avoir nourri des poules et des porcs aux graines de
chia, on a constaté une meilleure qualité des œufs et de la
viande et un taux plus élevé en acides a-linoléiques
[1, 2, 47]. L’ajout du chia à la pâte permet d’obtenir des
gâteaux très moelleux, et très sains d’un point de vue
diététique, du fait d’une faible teneur en cholestérol mais
d’une plus forte teneur en acides gras ω-3 [9, 48].
Comparaison de taille – Verena Voll, étudiante assistance au département des sciences
alimentaires de l’Université de Vienne, à l’arrière-plan, Chia en fleurs, le 03/12/2013
Fruits
Graines de chia avec mucilage
Effets sur les lipides sériques
■■ Des essais ont révélé sur les animaux nourris au chia
(entier, moulu, huile) une baisse des triglycérides
sériques et une augmentation du HDL [4, 5] ainsi
que des valeurs très élevées d’acide a-linoléique et des
métabolites dans les lipides sériques [15].
■■ Les études sur l’homme n’ont pas été aussi concluantes
jusqu’alors et seules 2 études sur 3 ont montré une
meilleure composition des lipides sériques [15].
■■ Une étude actuelle menée sur des femmes en
post-ménopause permet de conclure que 25 g de fruits
de chia moulus par jour augmentent de manière
significative le taux de lipides plasmatiques de l’acide
a-linoléique et de l’acide eicosapentaede [25].
Perdre du poids ?
Les rats soumis à un régime riche en saccharose
et en chia ont moins pris de poids que le groupe
de référence, mais les différences n’étaient pas
particulièrement significatives [13].
■■ Une étude menée sur des adultes en surpoids
(90 participants, 12 semaines, 50 g de graines de chia
par jour) n’a montré aucune perte de poids et aucune
amélioration des facteurs de risque d’adiposité [30].
■■
Contre le cancer et le risque cardiovasculaire
Chez des souris atteintes d’un cancer du sein,
L’apport d’huile de chia a montré un arrêt de la
croissance et de la formation de métastases des
cellules tumorales [18].
■■
Germes
28
q&more 02.14
■■
Une étude aléatoire menée sur des personnes atteintes
de diabète de type 2 (20 participants, 12 semaines,
pain au chia) a montré que le chia réduit le risque
cardiovasculaire [43].
Conclusion
Pour l’être humain, les composants intéressants des
graines de chia sont les acides a-linoléiques (C18:3 ω-3),
les antioxydants (quercétine, kaempférol) et les mucilages
neutres. Ces composants en font un nouvel aliment très
prometteur. En outre, cette plante est intéressante comme
nouveau type de germe et pour les pains et pâtisseries
à teneur réduite en cholestérol. L’utilisation comme
aliment pour animaux permet en outre d’enrichir les
œufs et la viande de volaille et de porc en acides a-lino
léiques. Mêmes si les résultats sur l’homme ne sont pas
univoques, ils promettent néanmoins une amélioration
du profil des lipides plasmatiques après consommation
de chia mais les promesses de pertes de poids ne sont pas
confirmées. La biodisponibilité des acides a-linoléiques
de graines de chia requiert des études supplémentaires
mais il est probable qu’elle permette une meilleure
assimilation lorsque le produit est moulu. Globalement,
le chia est un complément alimentaire intéressant mais
ne remplace aucunement une alimentation équilibrée
(beaucoup de fruits et légumes) et un mode de vie
raisonnable.
Bibliographie disponible auprès de l’auteur
Photos : © Susanne Till
Susanne Till, née en 1955, est professeur à l’université
et travaille depuis plus de 30 ans au sein du département des
sciences alimentaires de l’Université de Vienne. Son doctorat en
biologie (botanique) l’a conduite à se pencher notamment sur la
botanique, la biologie, les épices et les plantes sauvages indigènes
dans l’alimentation de l’homme ainsi que la qualité de denrées
alimentaires végétales. Elle est également l’auteur de nombreux livres
sur les herbes aromatiques sauvages, les champignons, le tofu et
les épices et a rédigé de nombreuses publications dans divers
magazines.
Du chia dans le pain – une recette brevetée
Le petit pain « Besser Weckerl » a tout pour plaire.
Inventé par Mag. Christian Putscher, nutritionniste
autrichien, ce petit pain contient des nutriments
biologiquement disponibles bénéfiques à
l’organisme. Le pouvoir de ce nutriment unique en
son genre lui vient de sa formidable combinaison :
■■
■■
■■
q&more 02.14
des protéines biologiquement disponibles par
l’ajout de jaune d’œuf et de fromage blanc,
des acides gras Omega 3 et des fibres solubles
du chia et de l’avoine,
réduction de la quantité de sel.
« J’ai voulu créer un pain dont les ingrédients
naturels seraient disponibles entièrement pour
l’organisme. Un pain sans additifs avec un goût
subtile pour répondre aux goûts de tous. Il s’agit
d’une alternative au petit pain classique. Vous
allez l’aimer pour son bon goût et aussi parce
qu’il nourrit le corps et l’esprit ! » affirme
Christian Putscher.
www.christianputscher.at
www.besserweckerl.at
29
Aliments & Analyse | Recherche apicole
30
q&more 02.14
La haute
technologie
s’invite chez
les abeilles
Observation d’un organisme clé
Prof. Dr Jürgen Tautz, équipe HOBOS, Centre biologique, Université de Wurzburg, Allemagne
Fig. 4 La puce RFID (radio frequency identification) contient des
données importantes sur chaque abeille et permet d’enregistrer
automatiquement des modèles comportementaux de l’animal.
Photo : © H. R. Heilmann, HOBOS-Team
q&more 02.14
31
Des ruches saines sont indispensables pour le maintien de la diversité naturelle des
plantes à fleurs et pour la production internationale de denrées alimentaires végétales –
cela dépend à 35 % de la pollinisation par les insectes, l’abeille mellifère (Apis mellifera)
jouant le rôle clé. La santé des abeilles mellifères joue également un grand rôle pour la
recherche fondamentale où les questions et solutions cachées laissent espérer de grandes
découvertes.
Les abeilles sont soumises à un grand nombre d’agents
pathogènes et de parasites (virus, bactéries, champignons,
protozoaires, acariens) contre lesquels elles ont développé
des mécanismes de défense en 30 millions d’années
d’évolution. Des influences anthropogènes (issues de
l’homme) et environnementales et le stress n’arrangent
rien à la santé des abeilles. Il est absolument indispen
sable de maintenir en vie cet animal de rente. La situation
complexe requiert une recherche fondamentale complète
pour assurer la santé de l’abeille, la protéger contre les
menaces et l’aider au mieux.
Ouvrière
Oeuf
1
2
3
4
5
Larve
6
7
8
9
10
11
A l’instar des autres insectes, l’abeille mellifère ne dispose
pas d’un système immunitaire adaptatif. Pour compenser
cette lacune, elle dispose des outils suivants : (1) une
carapace en chitine comme protection passive externe
et un épithélium intestinal comme barrière interne,
(2) une réponse immunitaire cellulaire et (3) humorale
du système immunitaire « inné », (4) la modification
du comportement de l’abeille butineuse infectée qui ne
retrouve pas le chemin de la ruche, (5) mesures de
protection de la couvée et mesures d’hygiène, telles que
l’élimination d’individus malades ou morts et (6)
détails dans l’installation et la climatisation du nid.
12
13
14
Cocon
15
16
17
18
19
20
Imago
21
Fig. 1 Évolution de l’œuf jusqu’à l’ouvrière adulte dans la ruche, que l’on peut reproduire grâce à
l’élevage in-vitro.
24 h
48 h
n.i. Tampon E. coli [kDa] n.i. Tampon E. coli
97
68
45
1
29
2
3
Lysozyme
21
12,5
H
D
A
1
2
3
Hyménoptaecine
6,5
Défensine
Abaecine
3,5
4
5
4
5
6
6
Fig. 2 Analyse par électrophorèse en gel de peptides immunitaires (à gauche) dans
l’hémolymphe de larves d’abeille après blessure et infection artificielle par bactéries E.coli.
Le test Hemmhof (à droite) permet de démontrer que les échantillons correspondants ont
effectivement des activités antimicrobiennes.
32
Pour pouvoir étudier les relations hautement complexes,
les comprendre et sauver les abeilles, il faut faire appel
aux méthodes de laboratoire les plus modernes et utiliser
un système d’espionnage haute technologie dans les
colonies d’abeilles intactes.
La santé équilibrée des abeilles
La détermination du poids indique des informations
dont on n’estime pas assez l’importance pour la recherche
fondamentale chez les abeilles mellifères. Il s’agit tout
d’abord d’enregistrer continuellement le poids total
d’une ruche (cf. HOBOS). Celui-ci permet de déduire de
nombreux éléments importants sur le développement et
l’état de la ruche. Ensuite, chaque abeille est pesée aux
différents stades d’évolution. Dans le cadre de l’expé
q&more 02.14
rience, ces informations permettent de déduire les effets
de certaines maladies touchant les abeilles. Vient enfin la
pesée d’extraits de tissus particuliers de l’abeille pour des
analyses de biologie moléculaire.
Au laboratoire
Une condition importante pour l’étude de la réponse
immunitaire des abeilles est l’établissement d’un élevage
in-vitro de larves, du cocon jusqu’à l’abeille adulte
(fig. 1). Cet élevage in-vitro offre des conditions idéales
constantes et stériles. Les larves élevées artificiellement
réagissent à une blessure et à une injection bactérienne
(par le biais de tubes capillaires très fins) par une forte
réponse immunitaire humorale. Un gel de polyacrylamide
dénaturant permet de révéler la resynthèse d’au moins
trois AMP de faible poids moléculaire (Hyménoptaecine,
Défensine et Abaecine). Le test Hemmhof permet de
constater que les échantillons correspondant émettent
une activité antimicrobienne comme le montrent les
grands foyers Hemmof des échantillons 3 et 6 (fig. 2).
Le génome de l’abeille a été décrypté en 2006. Il est
désormais donc possible d’étudier de manière systéma
tique les processus moléculaires lors de la lutte contre
les agents pathogènes sur des individus à tous les stades
(larve, cocon, adulte), sur tous les types d’abeille
(ouvrières, drones, reines) et dans le super-organisme
que représente la colonie d’abeilles.
HOBOS permet l’observation en
direct de la colonie d’abeilles
Grâce à des plateformes Internet innovantes, différentes
caméras et différents capteurs permettent d’étudier dans
les moindres détails une colonie d’abeilles active et son
environnement. HOBOS propose des vidéos transmises par
une caméra à l’entrée de la ruche à éclairage infrarouge,
une caméra thermique, deux caméras endoscopiques avec
microphones filmant les cadres et la grille de la ruche et
une caméra à éclairage infrarouge filmant l’environne
ment et les conditions météorologiques du jardin.
HOBOS propose également des flux de données sur la
colonie, la végétation et la météo, sous forme de données
en temps réel et enregistrées. Elle permet de connaitre
des paramètres sur le poids de la ruche, l’humidité et la
température ambiantes dans les onze ruelles, la tempéra
ture à l’avant et à l’arrière de la ruche et les entrées et
sorties des abeilles (fig. 3). Une puce RFID, qui contient
q&more 02.14
Jürgen Tautz, né en 1949, a étudié la biologie, la géogra-
phie et la physique à l’Université de Constance où il a fait son doctorat
en écologie sensorielle. Après des travaux sur la bioacoustique chez
les insectes, les poissons et les grenouilles, il a fondé en 1994 le
BEEgroup à l’Université de Wurzburg où il se penche sur la recherche
fondamentale sur la biologie de l’abeille mellifère. Outre ses activités
scientifiques (environ 140 publications, dont 13 unes, notamment
dans « Science und Nature »), Jürgen Tautz réalise des travaux
publics à succès pour sensibiliser le grand public aux sciences de la
vie. L’EMBO le nomme en 2005, 2007 et 2008 comme l’un des
meilleurs communicateurs européens scientifiques. En 2012, Tautz
reçoit le prix du communicateur décerné par l’association fondatrice
pour la science allemande et le DFG (communauté allemande de
Photo : © A. Theismann
recherche).
33
les données importantes sur chaque abeille, permet
d’enregistrer des types de comportements des animaux
(fig. 4). Les mesures de l’environnement de la ruche telles
que la pression atmosphérique, la température et
l’humidité de l’air, le champ électrique atmosphérique,
les précipitations, le sens et la vitesse du vent, l’ensoleille
ment, l’humidité du sol et des feuilles viennent compléter
les données sur la ruche et font de HOBOS un projet
environnemental unique en son genre.
HOBOS (HOneyBee Online Studies)
Capteurs
En direct de la ruche
Données
Entrée de la
ruche
Cadre
(avec le son)
Grille
Entrée de la ruche
(avec le son) (image thermique)
A
Période de la mesure
110 001 000 111
010 110 110 001
Archive vidéo
C
HOBOS n’est pas seulement un outil et un laboratoire de
recherche sur les abeilles mellifères pour tout un chacun,
mais aussi une plateforme interdisciplinaire idéale pour
la formation en sciences naturelles pour une utilisation
dans les centres de formation des sciences de la vie.
Bibliographie Tautz, J. & Beier, H. (2013) Ein Superorganismus mit vielen Facetten: Hightech im
Bienenvolk. Dans : Renneberg, R., Biotechnologie für Einsteiger, Springer
Tautz, J. (2007) Phänomen Honigbiene (Mit Photographien von H. R. Heilmann),
SpektrumElsevier, Heidelberg
Tautz, J. & Vonend, K. (2012) Licht ins Dunkel. Von Honigbienen lernen –
LiveBeobachtungen im Bienenstock, labor&more 7, 36–39
En direct de la ruche
B
Entrée de la ruche
Cadre (avec le son)
Grille (avec le son)
Entrée de la ruche
(image thermique)
Fig. 3 L’opération d’espionnage HOBOS sur une ruche intacte. Différentes techniques vidéo et un
grand nombre de capteurs offrent des possibilités d’observation et de mesures sur une ruche,
sans la déranger.
HOBOS est un projet non lucratif proposé gratuitement à tous les utilisateurs. L’équipe HOBOS
recherche constamment des aides pour le maintien
de l’opération en cours et pour le développement
technologique des méthodes high-tech employées.
La mise en place d’un réseau pour l’internationalisation de cette plateforme d’apprentissage et de
recherche représente un des aspects du concept.
■ www.hobos.de
Photo : © M. Schönfelder
34
q&more 02.14
Pas même une brise insoupçonnée
ne viendra compromettre votre pesée
Même les courants d'air les plus insignifiants peuvent compromettre le
réglage de votre balance. La solution ? Le plateau de balance innovant
SmartPan des balances de précision XPE résiste à de telles influences.
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empiriques qui révèlent comment les effets d'un courant d'air peuvent
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Aliments & Analytique | Food Profiling
36
q&more 02.14
Du miel et quoi
d’autre ?
Spectroscopie RMN pour un contrôle
rapide de l’authenticité du miel et
conséquences pour la préparation
d’échantillons
Prof. Dr Stephan Schwarzinger1,2, Wolfrat Bachert1,
Christopher Igel1, Felix Brauer2, Prof. Dr Paul Rösch1
1
entre de recherche pour les macromolécules biologiques
C
Bio-Makromoleküle, FZ BIOmac), Université de Bayreuth, Allemagne
2
ALNuMed GmbH, Bayreuth, Allemagne
q&more 02.14
37
Aliments et analytique | Food Profiling
Depuis des millénaires, le « miel » est considéré comme un aliment naturel et sain.
Le consommateur a toujours apprécié le miel, encore plus à une époque où les aliments
biologiques et un mode de vie sain sont au goût du jour. La demande croissante doit
pourtant faire face à une offre limitée, notamment à cause des maladies qui frappent les
abeilles. Au niveau international, on trouve de plus en plus de miel coupé avec des sirops
de glucose. Cependant, seules des analyses complexes et chronophages permettent de
déterminer la fraude.
Seul un test fiable et rapide que l’on pourrait utiliser plus
souvent permettrait de remédier à ce problème. C’est le
cas de la spectroscopie par résonance nucléaire magné
tique (Nuclear Magnetic Resonance, NMR), qui permet
déjà de vérifier, de manière ciblée ou non, l’authenticité
de jus de fruits et de vins. Nous montrons ici que la
spectroscopie RMN et une préparation efficace des
échantillons constituent une méthode prometteuse pour
l’analyse rapide de l’authenticité d’un miel. Selon la
directive allemande sur le miel (Honigverordnung),
annexe 1, le miel est « ... une substance naturellement
sucrée produite par les abeilles mellifères... ». Du fait de
son importance dans l’histoire de l’humanité et de sa
popularité constante auprès des consommateurs, le miel
est soumis à une réglementation très stricte en Allemagne
et dans l’Union européenne. L’annexe 2 de la directive
allemande sur le miel stipule encore qu’il est interdit
d’ajouter des substances au miel et qu’il est interdit
d’extraire des substances du miel.
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
[ppm]
Fig. 1 La reproductibilité absolue est une condition impérative pour le profilage de denrées
alimentaires : Extrait (env. 20 %) de 72 spectres RMN d’un jus de fruits. On retrouve les signaux
les plus infimes de manière reproductible. Des différences relatives de concentration de
substances, que l’on n’a pas encore besoin d’approfondir, peuvent servir de base comme
marqueurs pour le contrôle d’authenticité.
38
Une forte demande pour
une offre limitée
La demande croissante en miel pose un problème de taille
à la production. Notamment lorsque l’on pense à la
varroase qui détruit des populations entières d’abeilles,
véritable fléau pour les apiculteurs depuis plusieurs
décennies [1]. Une demande en croissance constante en
aliments implique une intensification de l’utilisation des
surfaces agricoles, des monocultures sur de plus grandes
surfaces et l’utilisation massive d’insecticides et de
pesticides. Il est désormais probable que la combinaison
Varroase à d’autres agents pathogènes et aux produits
chimiques soit en partie responsable des pertes hivernales,
allant jusqu’à 80 %, constatées au cours des années
passées dans de nombreuses régions [2]. En conséquence,
l’offre de miel de qualité, particulièrement apprécié en
Allemagne, ne peut répondre à la demande. Avec une
consommation par personne de plus d’un kilogramme
de miel par an, les allemands font partie des plus grands
consommateurs de miel au monde [3]. Seul un quart
de la demande provient de la production nationale,
l’Allemagne est donc l’un des plus gros importateurs
de miel au monde [4]. Pour que le miel allemand puisse
rester à la hauteur de sa réputation, il est soumis à des
contrôles très stricts. Il est notamment impératif de
déterminer l’origine et la pureté du miel.
Depuis quelques temps, ces deux paramètres de qualité
font l’objet d’une recrudescence de fraudes. Ainsi, au
cours des dernières années, les États-Unis ont connu
le scandale du Honey-Gate, l’affaire du blanchiment du
miel, où du miel chinois a été détourné à grande échelle.
Cela a engendré une dette fiscale de 180 millions de
US-Dollar [5]. L’origine géographique du miel se
détermine en général par le biais du spectre pollinique.
Or on constate de plus en plus souvent que le pollen est
filtré du miel. Encore plus grave, on trouve des imitations
q&more 02.14
de miel composées à environ 70 % de sucres (glucose et
fructose), avec ajout de différents sirops de sucres.
Il est pourtant simple de détecter les traces de certains
sirops de sucre dans le miel, notamment ceux ayant un
fort taux de saccharose. En revanche, les sirops de
glucose-fructose (SGF), contenant les principaux
composants du miel, sont encore très difficiles à détecter,
par exemple par le biais d’une spectroscopie permettant
de révéler les rapports isotopiques. Les SGF sont des
produits utilisés à grande échelle dans l’industrie
alimentaire et industrie des boissons. Ils sont bien moins
chers que le miel. Ce genre de falsification est très
lucrative. Pour lutter contre cette tendance, il est néces
saire de mettre au point de nouvelles procédures de test
solides pour que le consommateur soit sûr de l’authenticité
du miel qu’il choisit.
Une spectroscopie RMN pour un
contrôle rapide de l’authenticité
Certains marqueurs permettent de déterminer l’authenti
cité. Un marqueur est en général une substance dont la
présence (ou l’absence) peut être établie exclusivement
avec le paramètre à étudier. Ainsi, une quantité plus élevée
de certains acides organiques peut indiquer une falsifi
cation avec un sucre inverti. Il n’est cependant pas
toujours possible de répondre à des questions plus
complexes telles que la provenance d’aliments,
à l’aide d’une seule et unique substance. Il suffit de
prendre l’exemple du Riesling, cultivé à deux endroits
différents. Il s’agit de plantes génétiquement identiques.
Les composants sous forme de métabolites de la plante
devraient donc être identiques. Les différences de climat
et de la composition du sol entrent cependant en jeu et
engendrent des différences de concentration. Des diffé
rences de concentration systématiques des différents
métabolites peuvent ainsi servir de marqueur pour
déterminer l’origine géographique.
Pour ce type d’analyse, on peut utiliser la spectroscopie,
notamment la spectroscopie RMN, similaire à l’IRM
utilisée en médecine. La spectroscopie RMN permet de
mesurer la réaction d’un atome actif magnétique, par ex.
1
H ou bien 13C, dans un champ magnétique externe
puissant sous l’effet de pulsations radio. Les signaux émis
permettent de déterminer l’environnement chimique de
cet atome et de déduire l’identité de la substance étudiée.
q&more 02.14
Une spectroscopie RMN à haute résolution permet ainsi
d’identifier, et souvent de quantifier plusieurs substances
au cours d’une même mesure. La méthode est ainsi
prédestinée pour l’analyse efficace de mélanges complexes
de substances, telles que les aliments. Contrairement au
processus chromatographique, il n’est pas nécessaire de
dissocier les composants d’un mélange. Il est possible de
mesurer l’échantillon sans préparation chimique, puisque
le risque de perdre des substances lors de la dissociation
est minimal voire exclu. La spectroscopie RMN présente
a
Sirop de sucre de canne
Sirop de betterave à sucre
SGF
Miel
5,50
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
[ppm]
b
Sirop de sucre de canne
Sirop de betterave à sucre
SGF
Miel
2,50
2,00
1,50
1,00
[ppm]
Fig. 2 Spectres RMN d’un SGF (orange), d’un sirop de betteraves à sucre (violet), d’un sirop de
canne à sucre (rouge) et de 46 miels purs. 2a montre la plage des signaux du sucre (écart
chimique de 3,0 – 5,5 ppm ; hormis la plage du signal restant de l’eau autour de 4,8 ppm).
On note une différence claire entre le sirop de betteraves à sucre et le sirop de canne à sucre
et une similitude entre le SGF et le miel. 2b montre un agrandissement de la plage de 0,8 à
3,0 ppm de décalage chimique, révélant des substances moins concentrées dans le miel et le
sirop de betteraves à sucre. Alors que le sirop de betteraves à sucre contient de nombreuses
autres substances, le SGF et le sirop de sucre de canne n’en contiennent quasiment pas.
39
Stephan Schwarzinger, né en 1970, a suivi des études d’ingénierie
économique de chimie technique à l’Université de Linz, où il a passé son doctorat en
1999. Il a fait ensuite un séjour postdoctoral au Scripps Research Institute de La Jolla
en Californie. De 2000 à 2006, il est assistant de la chaire Biopolymères de l’Université
de Bayreuth, et reçoit en 2006 son habilitation en chimie biophysique. Depuis 2007 il
est professeur à la chaire Biopolymères et a pris en charge le professorat de biochimie
à l’Université de Bayreut en 2008. Depuis 2010, il est membre du Centre de recherches
BIOmac, où il est professeur auxiliaire depuis 2013. Il est également le directeur de la
société ALNuMed Gmbh. Il s’intéresse particulièrement à la recherche sur les méthodes
RMN pour la caractérisation de protéines flexibles, l’analyse RMN de denrées alimentaires ou encore la combinaison des méthodes d’analyse.
Wolfrat Bachert, né en 1987, a tout d’abord commencé des études de
construction mécanique à l’Université technique de Dresde, avant d’entamer des études
de biologie en 2009, à l’Université de Bayreuth. En 2013, il écrit son mémoire à la
chaire de biochimie sous la direction du professeur Dr Wulf Blankenfeldt, sur la
« Charactérisation des méthionine-(R)-sulfoxide-réductases MsrB et fMsrT1/C1 du
parasite monocellulaire trypanosome cruzi ». Depuis 2013, il prépare également un
master en biochimie et biologie moléculaire à Bayreuth.
Christopher Igel
, né en 1990, a fait un bachelor en biochimie à l’Université
de Bayreuth, de 2009 à 2013. Il a rédigé son mémoire « Analyse du miel au moyen
de la RMN » au centre de recherches BIOmac, sous la direction du professeur
Dr Schwarzinger.
Felix Brauer, né en 1989, fait un Bachelor en biochimie et un Master en
biochimie et biochimie moléculaire à l’Université de Bayreuth. Depuis 2013, il est
collaborateur scientifique au sein de la société ALNuMed GmbH et doctorant au FZ
BIOmac. Il s’intéresse notamment à la recherche dans le domaine de l’analyse des
denrées alimentaires par RMN et de l’intégration de méthodes pour la métabonomique
(iMetabonomics).
Paul Rösch, né en 1952, a étudié la physique à l’Université de Karlsruhe et
à l’Université de Heidelberg et a fait son doctorat au MPI de recherche médicale de
Heidelberg. Il a ensuite fait un séjour postdoctoral à l’Université de Pennsylvanie,
Medical School, aux États-Unis et a été collaborateur scientifique au MPI pour la
recherche médicale de Heidelberg. En 1989 il fait son habilitation en biophysique à
l’Université de Heidelberg. Depuis 1990, il dirige la chaire Biopolymères et depuis
2007 il est directeur exécutif du Centre de recherches sur les macromolécules végétales
(FZ BIOmac) de l’Université de Bayreuth. Il s’intéresse notamment à la recherche dans
les domaines suivants : recherche structurelle biomédicale à l’aide de RMN, notamment
pour les bases moléculaires d’allergies alimentaires et pour l’étude de la transcription
bactérienne pour la mise au point de nouveaux antibiotiques.
40
q&more 02.14
Une mesure réalisée en env. 15 minutes sur un spectro
scope RMN permet d’analyser près de 20 000 échantillons
par an. La complexité de la préparation d’échantillons
en laboratoire augmente de par la grande reproductibilité
des mesures, condition indispensable pour le contrôle
d’authenticité par classification par le biais de méthodes
statistiques. La moindre imprécision lors du traitement
de l’échantillon rendrait la mesure imprécise et ferait
disparaitre tout signal de substances en faible concentra
tion. La contrainte de la précision et de la cohérence de
l’échantillon accroit considérablement la complexité
de la tâche.
Cela est particulièrement valable pour le miel. Pour
obtenir des spectres reproductibles dans le cadre de la
q&more 02.14
[%(w/w)]
30
25
20
15
10
5
0
[%(w/w)]
5
0
10
15
20
25
30
Teneur effective en SGF dans le miel
-5
b
4
3
2
1
0
-1
[%(w/w)]
5
0
10
15
20
25
30
-2
-3
-4
-5
-6
[%(w/w)]
Une préparation rapide des
échantillons pour des mesures
rapides et précises
a
Taux de SGF détecté dans le miel grâce à la PLS
La spectroscopie RMN est actuellement la seule technique
permettant de créer des profils quantitatifs de substances
d’aliments et de les relier de manière orientée ou non avec
des paramètres d’authenticité et de qualité. La première
étape consiste à récolter des spectres d’échantillons
connus. Un procédé statistique permet de classer les
nouveaux échantillons inconnus par comparaison à cette
base de données de référence. Ce procédé est utilisé de
manière routinière pour le profilage de jus de fruits et de
vins. Il permet de saisir automatiquement des paramètres
quantitatifs d’authenticité tels que la sorte, l’origine,
l’année et le traitement, mais aussi plus de 50 paramètres
de qualité en 15 min de mesure [7]. La RMN a récemment
permis d’analyser l’authenticité d’aliments solides à partir
d’un extrait correspondant de viande [8]. La spectroscopie
RMN permet d’analyser le miel qui est pourtant un
produit difficile à analyser de par sa composition. Nous
avons notamment pu montrer que l’on peut détecter les
différents sucres mais aussi le l’hydroxyméthylfurfural
5 (HMF) et la teneur en eau au cours d’une seule et même
mesure [9].
plage dynamique disponible, les doses de miel doivent être
diluées dans un volume d’eau défini au milligramme
près. En principe, on pourrait utiliser une fiole de mesure,
mais la consistance pâteuse du miel compliquerait ce
choix, encore plus sur de petites quantités. Il est donc
indispensable d’automatiser ces processus pour deux
raisons : Cela permet d’accélérer les processus et de les
rendre reproductibles et plus sûrs, notamment en
éliminant la variance personnelle lors du maniement de
la pipette et en évitant toute confusion. ALNuMed GmbH
utilise le système Quantostm de Mettler-Toledo pour
accélérer la pesée et pour la préparation semi-automa
Différence entre le taux de SGF détecté avec la
PLS et le véritable taux de SGF dans le miel.
une propriété unique, la quantification de signaux par
le biais d’une plage dynamique de plus de 5 ordres de
grandeur avec une grande reproductibilité de la méthode
(fig. 1). Il est ainsi possible de retrouver, de manière
reproductible, les signaux de substances en faible
concentration (de l’ordre du ppm) en présence de liaisons
très concentrées (%) au cours d’une mesure de quelques
minutes seulement.
Teneur effective en SGF dans le miel
Fig. 3 Test des analyses PLS pour les falsification au SGF du miel (en % w/w). Au total, quatre
tests indépendants ont été réalisés, représentés par différentes couleurs. 3a montre les valeurs
véritables par rapport aux valeurs PLS. Les corrélations mises à jour ont un degré de certitude
(R2) scompris entre 0,95 et 0,99. Les tendances des différents tests sont représentées par des
lignes de couleur, les diagonales par une ligne noire pointillée. 3b montre les écarts (en % w/w)
entre les concentrations en SGF trouvées par la PLS et les véritables valeurs. La valeur moyenne
des écarts des 24 analyses PLS est de –0,18 % (ligne noire), l’erreur quadratique moyenne de
la prévision PLS (RMSEP; lignes pointillées) est de 1,8 %.
41
tique des échantillons. Au lieu de verser dans un récipient
volumétrique une quantité de miel au milligramme près,
vous versez une quantité cible approximative dans un
récipient fermé. Le système Quantos vérifie à l’affichage
qu’il y a une tare minimale, pour atteindre le volume
nécessaire à l’analyse RMN ultérieure. La tare est
automatiquement définie précisément jusqu’à cinq
décimales. Les propriétés du miel et le solvant utilisé
permettent de calculer et de mesurer automatiquement de
manière gravimétrique la quantité de solvant nécessaire
à la solution volumétrique. Ce processus permet de
réduire de moitié le temps de préparation des échantil
lons. Ce processus automatisé est particulièrement
avantageux lorsque vous devez préparer de nombreux
échantillons. En effet, les échantillons sont identifiés par
un code barre. Les paramètres système tels que la date, la
température, etc., sont enregistrés automatiquement dans
le système informatique du laboratoire, à l’instar des
paramètres de pesée. Cela permet de réduire au maximum
les sources d’erreurs telles que la confusion d’échantillon
ou la mauvaise lecture d’un nombre. L’utilisation d’un
système Quantos permet ainsi d’optimiser la spectroscopie
RMN et d’augmenter la qualité du processus tout en
réduisant les coûts.
Tab. 1 Résultats des tests de l’analyse PLS de miels, allongés avec différents sirops. Nous
disposions d’un total de 24 échantillons contenant jusqu’à 25 % w/w de sirop. n est le nombre
d’échantillons sur lesquels ont été établies des prévisions. 24-n échantillons ont été utilisés pour
la génération de modèles PLS (calibrage). Pour les tests 1 à 4, l’erreur quadratique moyenne du
calibrage (RMSEC, en % w/w) et l’erreur quadratique moyenne de la prévision (RMSEP, en %
w/w) sont indiquées. Pour la validation croisée avec 10 % des données, le RMESP-CV
correspondant est indiqué (en % w/w).
SGF
Betteraves à sucre
Canne à sucre
Test 1
n=7
RMSEC : 0,41 %
RMSEP : 1,59 %
n=6
RMSEC : 0,32 %
RMSEP : 1,63 %
n=6
RMSEC : 0,19 %
RMSEP : 3,32 %
Test 2
n=7
RMSEC : 0,41 %
RMSEP : 2,20 %
n=6
RMSEC : 0,38 %
RMSEP : 0,63 %
n=6
RMSEC : 0,14 %
RMSEP : 1,88 %
Test 3
n=5
RMSEC : 0,51 %
RMSEP : 0,82 %
n=6
RMSEC : 0,34 %
RMSEP : 0,92 %
n=6
RMSEC : 0,09 %
RMSEP : 2,54 %
Test 4
n=5
RMSEC : 0,35 %
RMSEP : 2,08 %
n=6
RMSEC : 0,29 %
RMSEP : 0,83 %
n=6
RMSEC : 0,24 %
RMSEP : 4,36 %
RMSEP-CV : 2,74 %
RMSEP-CV : 1,61 %
RMSEP-CV : 4,84 %
Validation croisée
10 %
42
Du sirop de sucre dans le miel
Dans le cadre d’une étude de faisabilité, nous avons
falsifié cinq miels différents (trois miel de forêt, un miel
d’acacia et un miel toutes fleurs) en leur ajoutant trois
sirops de sucre (un SGF, un sirop de betteraves à sucre et
un sirop de canne à sucre) en variant quatre fois la
concentration, avec un maximum de 25 % (w/w). Les
échantillons ont été préparés automatiquement avec le
système de pesée Quantos, dissous dans de l’eau, analysés
sur un appareil Bruker 400 MHz, et évalués au moyen de
la méthode Partial-Least-Square (PLS) intégrée au paquet
logiciel AMIX. La figure 2 représente les spectres RMN des
sirops de sucre purs et les spectres de miel pur. On voit
très bien que les sirops de sucre ont différentes similitudes
avec le miel. Alors que le sirop de sucre de canne, composé
quasi exclusivement de saccharose, et le sirop de betterave
à sucre, révélant de nombreux autres signaux propres à sa
production, se distinguent de manière similaire des
spectres du miel, le SGF, fabriqué en quantité industrielle,
ne contient presque que du fructose et du glucose et ne se
distingue que difficilement du miel.
Dans ce cas précis, la méthode PLS est d’un grand secours.
Des échantillons connus permettent de créer des modèles
de régression mathématique qui permettront à leur tour
de prévoir les propriétés d’échantillons inconnus. Pour
cette étude, nous avons fabriqué notre propre modèle pour
chacun des sirops utilisés. Pour vérifier la qualité des
modèles créés, les échantillons existants ont été répartis
dans deux groupes avec des degrés de falsification connus
(24 par sirop). Le premier groupe, rassemblant entre 70
et 80 % des échantillons a été utilisé pour établir le
modèle statistique. Les autres échantillons ont fait l’objet
d’une prévision à partir de ces modèles et nous avons
étudié les écarts entre les prévisions et les valeurs réelles.
Ce test a été réalisé quatre fois pour chaque sirop.
La figure 3 montre les résultats des analyses PLS pour le
SGF, où cinq à sept échantillons ont été sélectionnés au
hasard pour les prévisions par rapport aux modèles PLS
établis à partir des 19 ou 17 échantillons restants.
Les modèles sont de bonne qualité, puisque même les
échantillons avec seulement 5 % de sirop de glucose-fruc
tose ajouté ont été correctement reconnus.
Le tableau 1 récapitule les résultats pour les quatre tests
et une validation croisée avec 10 % des données. Chaque
sirop ajouté a été détecté de manière fiable à partir d’une
q&more 02.14
teneur de 5 %. Cette étude laisse espérer que cette
méthode, appliquée de manière routinière, permettrait
de détecter au moins 10 % des falsifications.
Les spectres RMN regroupent une quantité considérable
d’informations sur les substances et leur concentration
relative, ce qui permet de révéler l’ajout de sucres dans
le miel. La spectroscopie RMN convient donc parfaitement
pour réaliser des tests rapides. Il est important de noter
qu’une RMN de la même mesure permet en outre de
quantifier les substances pour indiquer la qualité et donc
de réduire les coûts. Une automatisation, notamment par
l’utilisation du système Quantos, permettrait la reproduc
tibilité du processus de préparation des échantillons et de
réduire les coûts.
Préparation rapide des échantillons de miel pour l‘analyse RMN : Le miel n‘est plus pesé au mg
mais la quantité est dosée approximativement. Quantos détermine la tare et dose automatiquement la quantité requise de solution. Le code barres permet d‘identifier l‘échantillon. La méthode
est simple, rapide et reproductible. Elle permet de réaliser des économies et d‘augmenter la
qualité des analyses.
Bibliographie [1] http://de.wikipedia.org/wiki/Varroamilbe
[2] Genersch, E. et al. (2010) Apidologie 41, 332–352. Sgolastra, F. et al. (2012) Bull. of
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FOODLAB 2/14, 35–38
[9] Rösch, P., Schwarzinger, S. (2012) GIT LaborFachzeitschrift 4/2012, 214215
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8
Rédaction
3
Claudia Schiller, Directrice [CS]
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Prof Dr Jürgen Brickmann [JB]
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4
Dr Gerhard Schilling [GS]
3
4
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ISSN
2191-4842
5
6
7
8
43
Qualité & Sécurité | BPL
44
q&more 02.14
Bien plus
qu’un dossier
de laboratoire
Les directives BPL et leur nouveau rôle
dans la validation de médicaments pour
thérapies innovantes (ATMP)
Dr Katja Schellenberg,
Centre pour la médecine régénérative translationnelle, Leipzig, Allemagne
q&more 02.14
45
Avant qu’un médicament ne soit validé pour des études cliniques, il subit un processus
de développement très strict et surveillé de près par les autorités compétentes. Heureusement ! L’affaire du Thalidomide ainsi que les fraudes découvertes par l’organisme américain de santé, la FDA (Food and Drug Administration) dans les années 70, dans le cadre
d’études toxicologiques de médicaments ont été à l’origine de l’instauration d’un cadre
juridique garantissant la fiabilité et la reconnaissance des résultats obtenus.
Le B-A BA des BPx
L’industrie pharmaceutique, mais aussi les entreprises
du secteur des sciences de la vie et l’industrie alimentaire,
chimique et cosmétique sont soumises aux directives de
bonnes pratiques de travail (BP pour « Bonnes pratiques »,
GP en anglais, « Good Practices »).
Les directives des BPx permettent d’assurer une garantie
de qualité et de protéger le patient ou le consommateur
grâce à une amélioration préventive de la qualité des
produits.
Les BPx (fig. 1) regroupent notamment la bonne pratique
de laboratoire (BPL, en anglais GPL, Good Labor Practice),
la bonne pratique clinique (BPC, en anglais GPC, Good
Clinical Practice) ainsi que la bonne pratique de fabrica
tion (BPF, en anglais GMP, Good Manufacture Practice).
Au sein de l’Union européenne, ces systèmes de gestion
de qualité garantissent une traçabilité des processus et le
respect d’exigences de qualité strictes pour la production
de médicaments, du développement à la validation.
GAP
GMP
GDP
GCP
GCLP
GLP
GAMP
GDP
GEP
GPP
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Good Agricultural Practice
Good Manufacturing Practice
Good Distribution Practice
Good Clinical Practice
Good Clinical Laboratory Practice
Good Laboratory Practice
Good Automated Manufacturing Practice
Good Documentation Practice
Good Engineering Practice
Good Pharmacovigilance Practice
Les études pré-cliniques permettent de déterminer la
sécurité du principe actif (conformément aux directives
de la BPL) avant de tester le médicament sur un patient
au cours de l’étude clinique (soumise aux directives de la
BPC). La production d’un médicament validé est soumise
à la BPF.
La bonne pratique de laboratoire
(BPL)
Outre l’obtention de données de sécurité pour la valida
tion d’un principe actif médicamenteux, la bonne
pratique de laboratoire s’applique également à des études
de sécurité non cliniques de substances contenues dans
les produits médicaux vétérinaires, produits cosmétiques,
additifs alimentaires à usage humain ou animal,
produits phytosanitaires, biocides ou produits chimiques
industriels. Les substances, désignées dans la BPL comme
éléments d’essai, peuvent être synthétisées chimiquement
ou d’origine biologique naturelle. L’objectif des études
BPL est d’évaluer la sécurité de l’élément d’essai pour
l’homme et l’environnement. Les directives de BPL
forment un système d’assurance qualité permettant
de retracer pour chaque étape de l’étude de sécurité,
les personnes impliquées, l’objet de l’étude, la date,
les moyens et les outils de l’étude.
La BPL va au-delà des « dossiers de laboratoire » détaillés.
Les bases de la BPL consolidées dans la loi allemande sur
les produits chimiques, annexe I du § 19a alinéa 1,
définissent les conditions pour les personnes et les pièces,
l’infrastructure du dispositif de contrôle, des indications
sur la planification, l’exécution et la rédaction du rapport
de l’étude BPL, les exigences concernant les appareils,
les réactifs et les matériaux utilisés ainsi que le stockage
et l’archivage des documents d’étude et des éléments
contrôlés.
Fig. 1 Variantes de BPx
46
q&more 02.14
Les directives BPL à proprement parler sont définies en
grande partie par l’EMA (European Medicines Agency)
ou par la FDA. En Allemagne, elles sont contrôlées par les
autorités régionales.
La BPL en pratique
Dans la pratique, les directives appliquées représentent un
véritable défi pour la rentabilité et l’acceptation d’une
infrastructure d’étude BPL. Les exigences en matière de
personnel paraissent de prime abord extrêmement strictes.
Elles sont cependant nécessaires puisque chaque fonction
de la BPL doit toujours pouvoir être remplacée sans
aucune restriction et sans aucun chevauchement des
fonctions. Il faut de nombreuses personnes formées à la
BPL, ainsi que des remplaçants (fig. 2), du directeur
d’étude, responsable de la planification, de la mise en
place et du rapport de conclusion de l’étude BPL et
responsable de l’application des directives des BPL,
au personnel d’étude, qui réalise l’étude et est responsable
de la qualité et de la fiabilité des données, en passant par
l’assurance qualité, veillant au respect des BPL pour la
réalisation de l’étude. S’ajoute à cela le principe du
contrôle multiple : Au moins deux personnes sont
systématiquement affectées à la réalisation et la vali
dation de chaque étapes de travail et à la rédaction des
documents. Cela nécessite la création de procédures
de travail (SOP – Standard Operating Procedures),
décrivant précisément le processus de réalisation de
l’étude, l’utilisation des appareils et la création même
des SOP, pour que, même si la BPL ne l’autorise pas,
des personnes externes soient en mesure de suivre les
instructions. Vous pouvez ajouter à cela des formulaires
et des listes de contrôle, dûment datés et signés certifiant
que les étapes de travail ont bien été réalisées conformé
ment aux SOP. Enfin, les appareils utilisés lors d’un
contrôle BPL doivent être calibrés et qualifiés. Les
conditions environnementales des salles de laboratoires,
de chambres froides ou d’incubateurs doivent être
documentées afin d’exclure tout écart des conditions
imposées dans les SOP.
Cette étape est indispensable pour garantir la transp
arence de l’exécution et la fiabilité des données obtenues.
En situation « normale », c’estàdire un jour non certifié
au laboratoire, il est fréquent d’enregistrer des écarts de
plus de 10 pour cent de la température cible, par ex. dans
les différentes cavités d’un thermocycleur (fig. 3), ou dans
q&more 02.14
les différents niveaux d’un réfrigérateur. L’impact de ces
écarts sur les résultats des études peut être considérable
(on parle dans la BPL de données brutes).
ATMP – un nouveau défi pour les
directives BPL
Outre les médicaments classiques, le progrès de la
recherche en biomédecine a donné naissance à une
nouvelle famille de médicaments, les médicaments pour
Directeur de l'infrastructure de contrôle(*)
Assurance qualité*
Responsable archives(*)
Directeur de l'étude*
Personnel de l'étude
Fig. 2 Organigramme d’un dispositif de contrôle BPL. La BPL impose une organisation claire du
personnel, de la direction du centre de contrôle au directeur d’étude en passant par le personnel
de contrôle. L’assurance qualité et le responsable des archives sont des instances indépendantes.* Certains postes requièrent l’organisation de remplaçants.
Fig. 3 Qualification d’un thermocycleur. Les appareils utilisés conformément à la BPL doivent
être calibrés ou qualifiés.
47
Katja Schellenberg, née en 1984, obtient son Bachelor
of Science en biotechnologie moléculaire à l’Université technique de
Dresde, Allemagne, puis passe en 2009 son Master of Science en
médecine moléculaire à l’Université de la Charité à Berlin. C’est avec
une bourse de la Charité qu’elle passe son doctorat à l’Université libre
et à l’hôpital universitaire Charité de Berlin dans le domaine de la
chronobiologie moléculaire de l’Institut d’immunologie médicale.
Titulaire d’une qualification complémentaire en bonne pratique de
laboratoire et d’un diplôme obtenu par correspondance en gestion de
qualité, elle est, depuis 2014, directrice d’étude pour les services non
cliniques et les contrôles de sécurité au sein du Centre pour la médecine régénérative translationnelle (TRM) de Leipzig en Allemagne. Elle
est notamment chargée de la planification et de la réalisation d’études
conformément aux directives de la BPL, du suivi et de la coordination
de projets pour la réalisation de prestations de services scientifiques.
48
thérapies innovantes, ATMP (de l’anglais Advanced
Therapy Medicinal Products). Les ATMP sont divisés en
trois groupes de médicaments.
Dans le premier groupe on trouve les médicaments de
thérapie génique, dont le principe actif contient un acide
nucléique recombinant ou peut réguler une séquence
d’acides nucléiques. Les deux autres groupes rassemblent
des cellules ou des tissus qui ont fait l’objet d’un traite
ment substantiel pour leur application clinique ou dont
la fonction chez le receveur ne correspond pas à la
fonction chez le donneur. Alors que des médicaments
de thérapie cellulaire somatique permettent de traiter,
prévenir ou diagnostiquer des maladies de par leur effet
immunologique ou métabolique, les tissus ayant fait
l’objet d’un traitement biotechnologique permettent la
régénération, la réparation ou le remplacement d’un
tissu humain.
q&more 02.14
Fig. 4 Employés du centre d’étude du Centre pour la médecine régénérative translationnelle de Leipzig. La BPL requiert de nombreux effectifs.
Dans la directive 1394/2007 UE, le législateur soumet les
ATMP aux mêmes règles que les médicaments classiques.
Ainsi, les médicaments de thérapie génique, de thérapie
cellulaire somatique ou les tissus ayant subi un traite
ment biotechnologique sont soumis à des contrôles de
sécurité non cliniques lors du processus de validation.
Selon la directive 2001/83 UE, ils doivent être conformes
aux normes de qualité de la BPL. Les directives BPL
doivent être adaptées. Des études conformes à la BPL
doivent répondre aux questions de l’identité et de la
pureté des cellules, la migration des cellules et la stabilité
in-vivo ainsi que le potentiel de formation de tumeurs.
Toutes ces questions requièrent une nouvelle génération
d’études BPL.
de thérapie pour la médecine régénérative avant de les
appliquer dans la médecine pratique.
Le centre pour la médecine régénérative translationnelle
de Leipzig (TRM) connait bien cette problématique.
Le TRM est un centre de recherches interdisciplinaires
mettant au point de nouveaux procédés de diagnostic et
Le dispositif interne d’étude, composant élémentaire de
la translation dans la pratique, est en voie de certification
BPL. En raison du profil du centre, le centre d’étude a été
aménagé au cours des derniers mois pour la réalisation
d’études de sécurité d’ATMP pré-cliniques conformes
à la BPL. Il propose d’ores et déjà ses services non
seulement à des groupes de recherche internes, mais aussi
à des partenaires externes (fig. 4). Outre les études
in-vitro, le centre d’étude va bientôt réaliser des études
in-vivo sur de petits et grands animaux, conformément
aux directives BPL.
Bibliographie Loi sur les produits chimiques
Brochure « Arzneimittel für neuartige Therapien » de l’Institut Paul Ehrlich, juin 2012
Livre blanc « Die ’Gute Labor Praxis. Was steckt dahinter? », Binder GmbH, août 2012
www.trm.uni-leipzig.de
Photo: © fotolia.com | Ekaterina Shilova
q&more 02.14
49
Processus & Procédés | Analyse des processus
50
q&more 02.14
Des composants
valorisants
Extraction rapide et douce de substances
végétales pour enrichir les huiles végétales
Prof. Dr habil. Gerald Muschiolik, Food Innovation Consultant, Potsdam, Allemagne
q&more 02.14
51
Processus & Procédés | Analyse des processus
L’isolement de substances végétales bioactives, d’huiles essentielles, de colorants et
arômes végétaux est un processus complexe et coûteux. Pour différentes applications,
il suffit pourtant de concentrer les différents composants, et non pas de les extraire.
Pour les substances aromatiques et parfumantes, il est même préférable de ne pas
modifier le profil des substances utilisées. Il en est de même pour les effets bénéfiques
sur la santé et autres effets.
Un défi analytique pour
le contrôle du processus
L’exemple suivant montre que la concentration ou
l’extraction de substances végétales peut être accélérée et
simplifiée lorsque l’on comprime des oléagineux au cours
du processus pour extraire de l’huile végétale. Il manque
cependant encore des méthodes rapides pour la surveil
lance et le contrôle du résultat de l’extraction sur place.
L’analyse du contenu de l’extrait se révèle être un travail
complexe pour certaines substances. Il manque encore les
méthodes rapides pour le suivi du processus.
Fig. 1a Exemples de produits bruts de départ (poivron, racine de gingembre, herbes, encens)
L’isolement de substances végétales bioactives ou d’autres
substances végétales valorisantes fait appel à des processus
complexes spéciaux, dont notamment l’extraction avec
des solvants polaires et non polaires. Des étapes de
nettoyage ultérieures ou de concentration permettent
de normaliser les substances et de respecter des para
mètres de qualité. Pour les composants odorants ou
gustatifs isolés (huiles essentielles), il est indispensable
de réaliser une extraction très minutieuse afin d’éviter
que des influences externes n’altèrent le profil odorant
ou gustatif naturel. Cela s’avère également pour les
substances ayant un effet biologique particulier. Ce type
d’extraits et les huiles essentielles sont faciles à doser.
Inconvénients : leur prix élevé et un classement, pour
certains d’entre eux, comme produit dangereux.
Étant donné que l’on peut remplacer, pour différentes
applications, des composants individuels très concentrés
(par ex. pour la santé, arômes, parfums, soins) par des
extraits dotés d’un profil de substance plus large et moins
concentrés, il existe des processus moins coûteux.
Il y a notamment l’extraction des substances à partir
de plantes séchées au moyen d’huiles vierges.
Fig. 1b Graines de tournesol pelées + thym séché
52
q&more 02.14
Matière végétale Oléagineux pelé
séchée
Compartiment à gaz
Tourteau
Zone de compression
Transport et
homogénéisation
Huile
brute
Filtre multicouches
Concentré d’huile
Fig. 2 Extraction
de substances
végétales par le
processus SPE
(Short-Press-Extraction)
Extraction SPE pour la fabrication Prouver la présence des substances
d’huiles végétales enrichies
extraites – Un défi analytique
Au cours du processus présenté ici, l’extraction de
substances végétales se fait par voie de pressage de plantes
séchées et broyées avec des oléagineux pelés, dans une
presse à vis sans fin. Les différentes parties de la plante
(par ex. feuilles, graines, fruits, écorce, racine, résine)
sont mélangées à des oléagineux (par ex. graines de
tournesol, graines de sésame) dans une proportion définie
(fig. 1a et 1b) et sont passées rapidement à la presse à vis
sans fin sous haute pression (fig. 2) [1]. Parallèlement,
l’huile pressée – contenant le spectre phospholipide vierge
et de polarités différentes – extrait les substances solubles
hydrophiles et hydrophobes des plantes. Cela permet
d’extraire les substances des plantes et d’enrichir l’huile
(cf. tableau 1). Les huiles ainsi obtenues sont filtrées puis
stockées dans des bouteilles sombres.
L’extraction de substances végétales permet notamment
d’enrichir les huiles avec des arômes naturels. Il suffit
de les comparer aux arômes d’herbes et de plantes
aromatiques naturelles (par ex. anis, cannelle, clous de
girofle, basilic, origan, thym, lavande, etc.) pour constater
une très grande ressemblance. Cela s’avère également
pour la couleur rouge du poivron ou la couleur verte des
microalgues. Ces huiles enrichies (concentrés d’huiles)
se mélangent bien avec d’autres huiles ou graisses
liquides et peuvent être utilisées immédiatement n’entrent
pas dans le cadre des directives sur les produits dangereux.
q&more 02.14
Des études complètes pour déterminer l’efficacité du
processus SPE ont été réalisées avec l’origan et le basilic.
Pour cela, nous avons obtenu des concentrés d’huile
obtenus à partir d’herbes aromatiques à différents taux
d’huiles essentielles et pressées avec différentes propor
tions herbes séchées/oléagineux. L’évaluation chimique
a été réalisée à l’Université Anhalt de Bernburg, en
Allemagne [2]. Cette opération a permis de déterminer
quelle proportion de produits bruts fournit la meilleure
huile et l’effet de la proportion d’huiles essentielles des
Tab. 1 Exemples de produits bruts pour concentrés d’huiles (extrait)
Produit brut de départ
Fruits
Poivron doux (rouge)
Herbes
(feuilles, fleurs)
Basilic
Ciste
Estragon
Laurier
Marjolaine
Origan
Écorces
Cannelle
Fleurs
Camomille
Macis
Clous de
girofle
Racines
Gingembre
Curcuma
Graines
Anis
Baobab
Cardamome
Cumin
Poivre
Piment
Graines de
tonka
Résines
Encens
Algues
Mircroalges
Menthe
Romarin
Sauge
Thym
Hysope
53
Processus & procédés | Analyse des processus
Tab. 2 Exemples d’utilisation de concentrés d’huiles
Composants aromatiques de l'origan
Objectif
70,00
Soins et cicatrisation
■ Pharmaceutique
60,00
Pourcentage
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
b-caryphyllène
Thymol
Carvacrol
Estragole
Éther de méthyle
de thymol
Thymoquinone
a-terpinéole
Terpinène-4-ol
Linalol
Trans-hydrate
de sabinène
Bornéole
Terpinols
cis-oxyde de linalol
p-cymène
g-terpinène
d-3-carène
ß-pinène
a-terpinène
Huile
Plante
a-phellandrène
Sabinène
1-octèn-3
Camphène
Tricycles
a-pinène
0,00
Composants
Fig. 3 Part des différents composants aromatiques dans l’origan séché
et dans le concentré d’huile d’origan à partir d’un mélange 3:1
1)
2)
Produits bruts
■
Cosmétique
Herbes, graines
résine d’encens
Aromatisation (goût)
■ Alimentation
Herbes, graines
Grains torréfiés (café)
Aromatisation (odeur)
■ Alimentation, cosmétique
Herbes, graines
Coloration d’émulsions, crèmes
■ Alimentation
■ Cosmétique
Poivron doux (rouge),
microalgues (vert)
Lutte naturelle contre les parasites
■ Culture en serre
Cannelle, clous de girofle
(aérosols à base
d’émulsion)
Santé
■ Aliments particuliers
■ Régimes personnes malades
Parties de plantes avec
des substances bioactives
Prolongation de la durée de
conservation
■ antimicrobien
■ antioxydant
Parties de la plante
contenant du thymol
et du carvacrol
Parties de plantes
contenant des polyphénols
Tab. 3 Exemples de composés extraits dans les concentrés d’huile et méthode de détermination
A cide boswellique
3-O-acétyle-11-céto-ß
Méthode modifiée DIN
10228:1995-12
3)
IGV GmbH, Nuthetal
4)
IBAS, HS Anhalt,
Bernburg
Produit brut de départ
Méthode
Origan
13,0 g/kg d’huile essentielle
Distillation (DIN 10225)2),3)
Origan, composants aromatiques
60 % p-cymène,
20 % carcacrol
GC associé
à FID4)
Origan, teneur en flavonoïdes
0,1 – 0,6 g/kg
(composant principal ériodicytol)
Extraction de solvant accélérée,
couplage HPLC/DAD4)
Basilic
6,0 g/kg d’huile essentielle
Distillation (EN ISO 6571: 2009)2), 4)
5)
AureliaSan GmbH,
Bisingen
Basilic, composant aromatique
6)
Professeur pour la
chimie alimentaire
spéciale/production de
produits alimentaires,
TU Dresden
Résine d’encens
■ Boswellia papyrifera
■ Boswellia serrata
84,3 g/kg AKBA1)
16,3 g/kg AKBA1)
Graines d’espresso
1,0 g/kg cafestol
Procédé HPLC (DIN 10779)6)
Graines de mocca
2,5 g/kg cafestol
Procédé HPLC (DIN 10779)6)
Poivron doux (rouge)
44 mg/100 g lutéine
142 mg/100 g zéaxanthine
HPLC, calibration externe7)
7)
54
Institut für
Ernährungswissenschaften, FSU Jena
GC associé
à FID4)
HPLC, évaluation surface du pic
Chromatogramme UV5)
produits bruts sur la proportion dans le concentré d’huile.
La figure 3 montre un exemple de proportion de différents
composants aromatiques dans l’origan séché et dans un
concentré d’huile d’origan à partir d’un mélange 3:1
(oléagineux pelés/herbe). La détermination de la
proportion d’huiles essentielles dans le concentré d’huile
correspond à environ 1/3 de la proportion dans l’herbe
séchée (dilution 1:3 dans le mélange graines-herbes).
pour lesquels il serait possible de contrôler les processus
avec des méthodes photométriques, l’analyse ultérieure
permettant de prouver le résultat de l’extraction est très
coûteux et nécessite une bonne dose de créativité pour
simplifier la détection des composants.
Le tableau 3 récapitule la méthode de caractérisation des
composants enrichis de l’origan dans l’huile de tournesol.
Ce tableau comporte d’autres exemples prouvant l’effica
cité du processus SPE pour enrichir l’huile végétale avec
différents composants. Outre les colorants végétaux,
Des méthodes complexes (distillation, GC/ MS et HPLC/
MS) ont permis de prouver l’efficacité du processus SPE
pour l’enrichissement d’huiles végétales avec certains
composants végétaux.
En résumé
q&more 02.14
Gerald Muschiolik a étudié la technologie
alimentaire à l’Université Humboldt de Berlin. En 1971,
il intègre l’Institut central pour la nutrition de PotsdamRehbrücke où il se consacre au développement de produits
alimentaires nouveaux. En 1986, l’Académie des sciences
le nomme professeur en technologie alimentaire. En 1998,
il intègre l’Institut de sciences alimentaires de l’Université
Friedrich Schiller où il est professeur de technologie alimentaire jusqu’à sa retraite en 2006. Ses travaux de recherche
portent notamment sur la cinétique de la modification de
Ces méthodes fournissent des valeurs exactes mais elles
sont très chronophages et, par conséquent, très coûteuses.
A l’heure actuelle, nous n’avons pas de méthode rapide
convenable (par ex. NIR) permettant d’optimiser,
à partir de grandeurs de mesures univoques, la proportion
graines/plante et le processus SPE sur place. Cela permet
de dessiner des défis intéressants requérant une recherche
interdisciplinaire.
q&more 02.14
composants alimentaires, la caractérisation technofonctionnelle de protéines animales et végétales ou
encore l’utilisation d’interactions polysaccharides/protéines
pour la structuration d’émulsions. Aujourd’hui, le professeur
Muschiolik est conseiller et s’occupe de la fabrication
d’émulsions alimentaires et cosmétiques à partir de
produits naturels. Ses résultats ont été publiés dans plus
de 200 publications scientifiques, 40 demandes de brevets
et 2 livres. (www.muschiolik.de)
Bibliographie
[1]Junghanns W., Grzeschik E. u. Piela R., Verfahren zur Herstellung angereicherter,
pflanzlicher Speiseöle. DE 101 01 638 C2, 2001.
[2]Wolff A-Chr. u. Schellenberg I., Entwicklung und Optimierung von neuen natürlichen
Aromen. Forschungsbericht BMBF 2006; InnoRegio InnoPlanta FKZ 03i0636C.
Je remercie cordialement mes co-auteurs :
PD Dr habil. Volker Böhm, Institut für Ernährungswissenschaften,
FSU Jena | Apotheker Johannes Ertelt, AureliaSan GmbH, Bisingen
| Dipl.-Ing. Engelbert Grzeschik, EG Ölmühle & Naturprodukte
GmbH, Kroppenstedt | Prof. Dr Ingo Schellenberg, IBAS, HS
Anhalt, Bernburg | Prof. Dr Karl Speer, Spezielle Lebensmittel
chemie, TU Dresden
55
Monde & Recherche
Infestation de champignon sur une feuille
d’arabette de Thalius,
plante modèle
Photo : © Jeffery L. Dangl / UNC
Microbiologie
Recherche AIDS
Les bons membres de réseaux
sont des cibles privilégiées
Les cellules immunitaires
survivent aux infections SIV
Les protéines ne remplissent pas leur
tâche seules mais elles s’allient pour
former des équipes de tailles diverses.
Une équipe de chercheurs a étudié
un modèle de plante pour comprendre
comment les agents pathogènes
manipulent ces réseaux de protéines.
Les chercheurs du Dr Pascal Falter
Braun de la chaire de biologie
systémique végétale de l’Université
technique de Munich ont démontré
que des agents pathogènes, pourtant
différents, tels que les champignons ou les bactéries
emploient la même tactique : Ils ciblent les attaques sur
les protéines disposant de nombreuses fonctions et
largement reliées entre elles. Les agents pathogènes
tenteraient ainsi de prendre le contrôle de la centrale de
la cellule, donc des protéines ayant le plus grand nombre
« d’amis » dans le réseau, pour affaiblir considérable
ment leur hôte lors de l’attaque.
Source : www.tum.de
Publication originale : Cell Host & Microbe, 2014, DOI: 10.1016/j.chom.2014.08.004
Écologie comportementale
Les bienfaits du miel
en tant que médicament
Photo : © istockphoto.com,
Riorita
La disparition des abeilles inquiète
le monde entier. La disparition de
ruches entières est notamment due
à des maladies gastriques. Les abeilles
sont néanmoins en mesure de se
protéger des infections en utilisant les
substances curatives du miel. Contrai
rement aux animaux sains, les abeilles
malades préfèrent des miels particuliè
rement efficaces contre les infections
gastriques. L’équipe de scientifiques
du Dr Silvio Erler et du professeur Dr Robin Moritz de
l’Université de Halle sont arrivés à cette conclusion en
collaboration avec les chercheurs de l’Université de
ClujNapoca (Roumanie), alors qu’ils tentaient de
déterminer si le miel servait aux abeilles de nourriture
mais aussi de médicament.
Source : pressemitteilungen.pr.unihalle.de
Publication originale : Behav. Ecol. Sociobiol., 2014, DOI: 10.1007/s0026501417868
56
Extrait d’un réseau de protéines-protéines de cellules T CD-4 avec
une infection SIV chronique Le réseau protéines-protéines intégré
montre des nœuds (par ex. cavéoline-1, Cav-1) et les facteurs et
processus ayant subi une importante modification. L’expression
p53 (TP53) ne subit aucune influence au niveau de la transcription. Le modèle de la régulation (upstream effector / downstream
target) indique pourtant que le niveau d’activité de cette protéine
de la cellule infectée a été modifié. Ainsi : Cercle rouge,
expression de gène considérablement augmentée, cercle vert,
expression de gène considérablement réduite cercle incolore,
Photo : © HZI/Wirth
exprimé de manière non différentielle.
Les symptômes du HIV1 et du SIV, les agents patho
gènes du sida chez l’homme et le singe, se traduisent
notamment par une réduction de certaines cellules
immunitaires de l’organisme. Dans certains cas,
pourtant, ces cellules ont appris à surmonter l’infec
tion aux rétrovirus sans dommages. Des scientifiques
du Centre Helmholtz pour la recherche sur les
infections (HZI, Zentrums für Infektionsforschung)
à Braunschweig et du Centre allemand des primates
(DPZ, Deutsches Primatenzentrum) à Göttingen ont
étudié les mécanismes relatifs à la survie de certaines
cellules immunitaires. Lors d’une infection au virus
du sida, le taux de cellules T auxiliaires CD4 dans
l’organisme chute considérablement. Les cellules
T humaines subissant une infection aiguë meurent
normalement juste après l’infection. Lorsque l’on
cultive ces lignées cellulaires en laboratoire et qu’on
les infecte avec les virus, on obtient une souspopula
tion de cellules qui produisent le virus mais qui
survivent sans dommage à l’infection. Les deux virus
se ressemblant fortement, le virus du singe SIV a été
utilisé dans ce cas comme modèle pour le virus HIV.
Source : www.helmholtzhzi.de
Publication originale : Virology Journal, 2014, DOI: 10.1186/1743422X11152 q&more 02.14
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Minis détecteurs d`ions Xiaojiang Xie, Prof. Dr Eric Bakker

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Préparation des assemblages soudés

Vacances d`Avril du 27/04/15 au 30/04/15

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000I-XII, page 1-12 @ Normalize

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