Technologies et matériaux

L’objectif de la recherche et son type méthodologique  vont définir le matériau d’étude et la technologie à utiliser.

Par exemple :

Une enquête qualitative pourrait utiliser des verbatims (ce qu’ont dit les enquêtés) comme matériau d’étude.

Une étude d’histoire naturelle pourrait utiliser les recueils des bases de données (HealthDataHub, BNDMR, CAD du PFMG : https://pfmg2025.aviesan.fr/newsletters/articles-newsletter/acces-aux-donnees-pfmg-pour-la-recherche/) comme matériau d’étude.

 

Les chercheurs étant amenés à inventer régulièrement de nouveaux moyens de répondre aux questions de recherche, il est impossible de dresser une liste exhaustive des matériaux et technologies utilisées dans les maladies rares. Si vous souhaitez voir aborder un sujet en particulier ci-dessous : contactez-nous !

Matériaux

Les données

Les données sont enregistrées dans des bases, comme la base de données dédiée aux maladies rares Orphanet. Ces données peuvent être mobilisées ou remobilisées pour répondre à une question de recherche. Selon l’objectif de la base, son appellation diffèrera. Ainsi, un registre est le recensement le plus exhaustif possible d’une population définie alors qu’une cohorte est le recensement d’un groupe plus restreint sur une période définie.

Les bases de données peuvent être :

  • Administratives (DMP – Dossier Médical Partagé, PMSI – Programme de Médicalisation des Systèmes d’information, BNDMR – Banque Nationale de Données Maladies Rares…)
  • Issues d’enquêtes (ex : Observatoire des maladies rares de MRIS, Cohortes RADICO, verbatims recueillis au cours de projets de recherche…)

Certaines bases de données internationales ont l’ambition de connecter plusieurs bases de données thématiques (RD-Connect, DECIPHER…).

Pour aller plus loin :

Catalogue des bases de données individuelles en santé en france : https://epidemiologie-france.aviesan.fr/epidemiologie-france/catalogue

 

Focus sur les « données en vie réelle »

Il s’agit de l’ensemble des données captées dans le cadre du parcours de soins et/ou de vie – à priori représentatives de la pratique courante et du vécu avec la maladie. Elles sont utilisées pour mieux comprendre la réalité de malades dans leur ensemble.

Les essais cliniques randomisés sont la référence pour fournir des données sur l’efficacité et la sécurité d’un traitement mais ne peuvent inclure tous les patients concernés. Les données dites de vie réelle ou “de vraie vie” constituent alors un complément précieux pour apporter une preuve supplémentaire du bénéfice d’un traitement.

Pour aller plus loin :

Podcast de la Fondation Maladies Rares sur les données de vie réelle : https://www.podcastics.com/podcast/episode/les-donnees-de-vie-reelle-127324/

 

Focus sur les données « FAIR »

Pour permettre la réutilisation de données existantes et accélérer la recherche, des directives internationales ont été établies, appelées FAIR :

  • Findable : les données doivent être trouvables, c’est à dire correctement identifiées et placées dans un outil consultable par tous.
  • Accessibles
  • Interopérables
  • Réutilisables

Les organismes

Observer un phénomène biologique, comprendre les effets d’une maladie, tester un nouveau traitement… La recherche requiert d’étudier directement ces phénomènes sur des organismes « entiers », le plus évident étant l’Homme !

Néanmoins il est possible de faire appel à d’autres organismes, appelés modèles biologiques, choisis selon des critères de sécurité, d’efficacité et/ou d’éthique. L’éventail des modèles biologiques est très large : primate, rongeur, poisson, ver, champignon filamenteux, levure…

L’objectif est de disposer d’un modèle permettant à la fois :

  • D’avancer le plus rapidement possible dans l’étude

Les « petits » modèles (levure, poisson-zèbre, ver C. elegans, xénope…) sont souvent choisis pour leur grande capacité de reproduction (ils permettent de disposer de nombreux individus en quelques générations) ou encore leur facilité de manipulation ou d’observation (transparence permettant d’observer les organes internes).

  • De reproduire le plus fidèlement possible les symptômes de la maladie.

Pour ce faire, la maladie est introduite (dans le cas d’une mutation) ou provoquée chez l’animal. Cette introduction peut être permanente ou transitoire. Néanmoins, l’homologie entre ces espèces et l’Homme étant lointaine, certains phénomènes biologiques humains ne se retrouvent pas chez ces animaux, qui ne peuvent donc constituer un modèle fiable. On fera alors appel à des animaux plus proches de l’Homme sur les phénomènes observés. Le choix du modèle est aidé par certains outils en ligne tels que MARRVEL.

Les modèles animaux déjà existants sont publiés dans des articles scientifiques ou recensés dans des bases de données (ici pour le Zebra Fish, ici pour le nématode, ici pour la souris…).

La Fondation Maladies Rares aide spécifiquement les équipes de chercheurs pour la création de ce type de modèles, ainsi que des modèles cellulaires (voir-ci dessous).

Les cellules

Décrypter un mécanisme biologique est possible à l’échelle de la cellule. Les chercheurs ont donc développé des techniques de culture cellulaire afin de manipuler des cellules plutôt que des organismes entiers. Ces cultures cellulaires, constituées d’entités cellulaires identiques et en très grand nombre, permettent ainsi le recours à des technologies à haut-débit. Ces lignées sont recensées dans différentes bases de données (ex : Cellosaurus).

Les chercheurs utilisent différents types de cellules de patients :

  • Les cellules différenciées : elles ont une fonction définie au sein de l’organisme. ex : cellules sanguines, fibroblastes…
  • Les cellules dédifférenciées : leur fonction d’origine a été « déprogrammée » pour les rendre pluripotentes, c’est à dire capables de produire n’importe quel type cellulaire. Ces lignées sont recensées dans différentes bases de données (ex : hPSCreg).

 

Focus sur les cellules iPSC

Cellules dédifférenciées, elles ont le double avantage de pouvoir :

  • Être dérivées de cellules de patients qui ne soit ni douloureuses ni impossibles à obtenir (ce qui est malheureusement le cas, par exemple, des cellules nerveuses ou cardiaques…),
  • Être redifférenciées dans n’importe quel type cellulaire touché par la maladie : une maladie systémique touchant le cerveau et le cœur pourra être étudiée en parallèle sur des cellules de cerveau et de cœur.

De plus, la mutation pouvant être introduite ou corrigée au sein de la même lignée cellulaire, toutes les cellules créées (mutées et non mutées) partageront le même patrimoine génétique à l’exception de la seule mutation étudiée (lignées isogéniques), évitant de potentiels biais.

Pour aller plus loin :

https://urlz.fr/iaDS

Organes et organoïdes

 

Le souhait de diminuer le recours aux modèles animaux, l’absence régulière de modèle animal récapitulant correctement la maladie (modèle « gold-standard »), l’étude de pathologies ne touchant qu’un organe ou encore l’émergence des cellules iPSC ont accéléré le développement de recherches utilisant des organes isolés ou des organoïdes.

 

Focus sur les organoïdes

Les cultures cellulaires présentent deux inconvénients majeurs : elles sont à 2 dimensions quand l’être humain en a trois, elles sont monotype c’est à dire qu’elles ne reproduisent pas la complexité des différents types cellulaires impliqués dans un tissu ou un organe. Les organoïdes ont vocation à permettre la culture à grande échelle de structures cellulaires voire tissulaires complexes et en 3 dimensions.

Pour aller plus loin :

https://www.inserm.fr/actualite/organoides-quelle-place-dans-recherche-demain/

Molécules : ADN, protéine, lipide, virus…

De très nombreuses technologies d’isolement permettent désormais de recueillir, séparer et purifier des matériaux biologiques spécifiques afin de les étudier in vitro.

Technologies

OMICS

 

Les OMICS regroupent toutes les technologies d’analyse à grande échelle :

  • Génomique

> Analyse de la composition de l’ADN – détection de la présence d’une mutation

L’étude du génome permet de détecter et de caractériser le ou les défauts génétiques responsables de certaines maladies et donc de les diagnostiquer. Cette étape d’identification des anomalies génétiques pathogéniques (c’est-à-dire responsables de maladies génétiques) est également la première étape indispensable pour la recherche et le développement de nouveaux traitements. Il y a plus de 20 000 gènes dans une cellule. Aujourd’hui, grâce à des avancées technologiques majeures, il est possible de lire une partie (exome, régions ciblées) ou l’ensemble du génome, rapidement et à moindre coût, par le séquençage à haut débit. Ce séquençage de nouvelle génération est une méthode de décodage. Elle consiste à décrypter la séquence génétique d’un fragment d’ADN. Les informations récoltées sont analysées et comparées à des données de référence (ADN de personnes non malades) pour repérer des anomalies. Si des variations génétiques sont identifiées, leur pathogénicité doit ensuite être confirmée, sur des modèles animaux par exemple, si le variant n’a pas été déjà enregistré dans un des bases de données génétiques telles que RD-ConnectOMIMPubMedClinVAR….. Si la pathogénicité est confirmée, il est alors possible de mettre un nom sur la maladie et de poser un diagnostic. Il sera ensuite possible de chercher à corriger certains défauts.

  • Epigénomique

> Analyse de la régulation des gènes – détection des éléments régulateurs

Technologies ChIP-seq, MeDIP-seq…

  • Transcriptomique

> Analyse de l’expression des gènes – détection des taux d’ARN

Technologies de RNA-seq, des puces à ADN, de la PCR quantitative…

  • Protéomique

> Analyse de l’expression et de la régulation des protéines – détection des taux de protéines

Technologies de la spectrométrie de masse, électrophorèse, chromatographie…

  • Métabolomique

> Analyse des processus cellulaires – détection des métabolites (molécules produites dans les cellules par les réactions chimiques nécessaires à la vie, par exemple la production d’énergie)

Technologie de la spectrométrie de masse et de la résonance magnétique nucléaire…

Criblage à haut débit

 

La recherche de petites molécules chimiques thérapeutiques est la voie traditionnelle d’identification de nouveaux médicaments. Selon le mécanisme de la maladie, on cherchera par exemple à bloquer une réaction biologique délétère ou à rétablir l’expression d’une protéine dont le fonctionnement est empêché parce que le gène correspondant est défectueux.

Il existe une approche qui consiste à tester (passer au crible) des collections de plusieurs centaines, et parfois dizaines de milliers, de molécules chimiques pour identifier celles pouvant avoir un intérêt thérapeutique. Les tests peuvent s’opérer directement sur la cible moléculaire d’intérêt (in vitro), ou bien in vivo, c’est à dire sur un modèle de la maladie (cellule, micro-organisme…), ou encore sur des modélisations numériques de la cible (in silico).

Les « collections » de molécules utilisées sont aussi appelées « librairies » ou « chimiothèques ». Les chimiothèques peuvent être :

  • Généralistes,
  • Spécifiques c’est à dire dédiées à affecter un type de protéine cible,
  • Restreintes c’est à dire constituées uniquement de molécules sont déjà connues par ailleurs pour agir sur la cible d’intérêt.

Les chimiothèques peuvent aussi être constituées de molécules de différentes origines (marine, végétale…) ou de molécules déjà sur le marché (dans l’optique d’un repositionnement).

L’objectif du « criblage est d’identifier plusieurs « hits », c’est à dire des molécules avec un effet prometteur, qui serviront ensuite de base pour la mise au point d’une molécule la plus efficace et la moins toxique possible, le « lead ». Ces étapes d’optimisation pharmaco-chimiques sont appelées « hit-to-lead » puis « lead optimisation ».

Imagerie

 

L’imagerie permet d’observer visuellement les composants d’un échantillon à un niveau moléculaire, cellulaire ou tissulaire (histologie). Selon le niveau d’observation souhaité, elle fait appel à :

  • Différents marqueurs observables : marqueurs moléculaires fluorescents, anticorps spécifiques de tel ou tel tissu…
  • Différentes techniques :
    • La microscopie permet d’observer à une échelle microscopique
    • La cytométrie permet de caractériser voire de trier des populations cellulaires au sein d’un échantillon.

Pour aller plus loin :

https://www.labtoo.com/fr/page/imagerie-in-vitro-microscopie-histologie-et-cytometrie

 

 

Les technologies de biologie structurale et biophysique

 

Elles permettent la caractérisation structurale et/ou en 3 dimensions des grosses molécules biologiques présentes dans les cellules (appelées “macromolécules”), telles que les protéines, par :

  • Cristallographie : diffraction aux rayons X, diffusion aux rayons X …
  • Biophysique moléculaire : ultracentrifugation, analyse de diffusion, calorimétrie…
  • Résonance magnétique nucléaire…

Pour aller plus loin :

https://www.igbmc.fr/plateformes-technologiques/biologie-structurale-integree

 

 

Bio-informatique et numérique

 

La production et la complexification des données scientifiques sont en augmentation constante. La plupart des laboratoires de recherche n’ont pas les capacités pour stocker, transférer et/ou analyser ces énormes quantités de données.

Les outils et services bio-informatiques visent à traiter et analyser les flux massifs de données générées par les expérimentations (Exomiser, ELIXIR, HDH…).

L’intelligence artificielle joue un rôle croissant pour l’interprétation des énormes quantités de données obtenues, notamment par le séquençage génétique et l’imagerie médicale.

registres, biobanques et bases des données

Par sa connaissance des personnes malades, l’association est un acteur à part entière dans la mise en place et le maintien des registres, biobanques et bases de données.

Ainsi l’Association peut porter auprès des acteurs de la santé le projet d’un registre ou d’une biobanque, inciter les patients à y participer, aider aux inclusions, voire soutenir financièrement cette structure.

L’association peut aussi jouer un rôle dans l’enrichissement des bases de données existantes et la mise à jour des informations recueillies. Ainsi, une association peut nourrir la base de données Orphanet, voire demander la création d’une fiche pour sa maladie si celle-ci n’existe pas.

 

Acteurs du fair

En tant qu’acteur, voire financeur, de la recherche, les associations peuvent être moteur dans l’application du principe FAIR et le partage des données. Ainsi, une association peut demander, dans le cadre de ses collaborations, que toutes les données générées avec son aide respectent le format FAIR et soient donc intégrées dans des bases de données publiques.

Témoignages à venir.

Si vous souhaitez témoigner, n’hésitez pas à nous contacter.

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