Fort de son savoir faire dans la conception d'outils ... - prospective

LES INTERFACES AVEC LES SCIENCES DE LA VIE
EXECUTIVE SUMMARY Les activités situées à la frontière entre la physique, la biologie et
la médecine auront connu depuis 2000 un véritable essor au sein de l'IN2P3
et du DAPNIA. Cette période aura en effet été marquée par une forte
implication des laboratoires et de leurs chercheurs pour le domaine et une
structuration progressive de ses thèmes. Ainsi, les interfaces entre
physique et sciences du vivant se sont:
Pour l'IN2P3:
10 laboratoires: CENBG Bordeaux, CPPM Marseille, IPN Lyon, IPN
Orsay, IRES Strasbourg, LPC Caen, LPC Clermont, LPSC Grenoble,
SUBATECH Nantes et Centre de Calcul Lyon.
47 chercheurs dont 22 à temps partiel (30 universitaires et 17
CNRS)
19 ITA dédiés dont 7 à temps partiel
45 thèses dont 16 sont actuellement en cours
65 publications reparties entre journaux de physique, biologie et
médecine
14 brevets et 2 enveloppes SOLEAU
principales collaborations: CHU et centres anticancéreux, INSERM,
SDV (CNRS), DSV (CEA), Europe et Laboratoires privés
principaux financements: universités, programme ACI, régions,
IN2P3, Europe, fonds industriels
Pour le DAPNIA:
1 groupe de 6 ingénieurs (collaboration NEUROSPIN)
1 groupe de 3 physiciens (physique pour le biomédical)
5 grands thèmes sont identifiés:
La caractérisation physique et chimique pour le vivant (CENBG Bordeaux, IPN
Orsay, IPN Lyon, LPC Clermont ): ce thème regroupe trois axes de
recherche: l'étude des bio-matériaux, l'étude d'expositions
environnementales à l'échelle du tissu biologique et de la cellule, et la
caractérisation de biomolécules pour la bactériologie, l'exobiologie et
l'environnement. Il s'est développé auprès d'accélérateurs d'ions légers
dont certains ont été modifiés pour l'accélération d'ions lourds poly-
atomiques : Van de Graaff de 2 MV à l'IPNL, Van de Graaff de 3.5 MV au
CENBG et Tandem de 15 MV à l'IPNO et fait appel à des techniques
d'imagerie, d'analyse chimique élémentaire et d'irradiation locale à
l'échelle du micromètre. Il évoluera prochainement vers l'échelle
nanométrique grâce au programme AIFIRA (CENBG), au projet de faisceaux
d'ions polyatomiques TANCREDE et nanofaisceaux d'agrégats d'or (IPNO et
IPNL). La radiobiologie (CENBG Bordeaux, IPN Lyon, LPC Clermont, LARIA GANIL): Les
axes de recherche principaux sont: l'étude de la dynamique intermoléculaire
sous irradiation, de la production d'électrons et de radicaux libres,
l'étude des lésions de l'ADN (lésions non ou mal réparées) et des
instabilités génomiques radioinduites, la recherche de molécules ou nano-
objets qui inhibent ou au contraire augmentent la radiosensibilité de
certains sites dans l'ADN notamment, et l'étude de la sensibilité de
certaines cibles intra-cellulaires et des mécanismes de signalisation
cellulaire et intercellulaire après irradiation. Ces recherches sont
associées aux développements théoriques (chimie quantique, physique
statistique, simulations) visant notamment à la constitution de modèles
microdosimétriques. Elles s'appuient sur la mise en ?uvre de différents
types de rayonnements (ions, neutrons), de différents modes d'irradiations
(faisceaux pulsés, micro-faisceaux), à différentes échelles dans la matière
avec l'approche cellulaire (irradiation de cellules en culture ou in vivo)
et l'approche moléculaire (irradiation de molécules en phase gazeuse,
déposées sur un substrat ou dans un agrégats de molécules d'eau). Elles
exploitent pour cela la ligne microsonde du CENBG (AIFIRA, Bordeaux), la
plate-forme d'irradiation du LPC Clermont, le dispositif d'irradiation
d'agrégats biologiques de l'IPN Lyon, et le pôle de recherche sur la
radiobiologie avec les ions lourds du GANIL (LARIA). Les techniques de radiothérapie (DAPNIA, LPC Caen, LPC Clermont, IPN Lyon,
IPN Orsay): ce thème couvre la quasi-intégralité des rayonnements utilisés
en radiothérapie: neutrons, protons, ions carbones et faisceaux d'X ou
photons. Plus précisément, il comprend: la neutronthérapie vectorisée
(exposition de nanohybrides injectés porteurs de 157Gd à des faisceaux
neutrons thermiques), l'hadronthérapie (avant projet ETOILE (Lyon) et
ASCLEPIOS (Caen) proposant: la machine, le contrôle commande, le suivi des
organes en mouvement, la planimétrie et la dosimétrie), la protonthérapie
(aide scientifique et technique aux centres de traitement existants), la
radiothérapie X et e- (dosimétrie et planimétrie). Dans son esprit, cette
thématique se développe autour du traitement à travers le trajet de
patient. En premier lieu par l'amélioration des techniques de planimétrie
qui font appel aux connaissances de la physique nucléaire (sections
efficaces, mesures de données biologiques et calcul). Dans un second temps,
par l'amélioration ou le développement des machines de traitement
(accélérateur, tête isocentrique). Et enfin par le développement des
techniques de contrôle qualité associées aux différentes approches de
traitement (dosimétrie des faisceaux, vérification des traitements en ligne
par ?prompts ou production de 11C). L'imagerie médicale et biologique (CPPM Marseille, DAPNIA, IPN Lyon, IPN
Orsay, IRES Strasbourg, LPC Clermont, LPSC Grenoble, SUBATECH Nantes): ce
thème regroupe un champ très large de l'imagerie allant du domaine
microscopique (autoradiographie) au domaine macroscopique (imagerie du
petit animal et per-opératoire). Il comprend: l'imagerie in vitro
(développement de radioimageur pour l'autoradiographie), l'imagerie in vivo
(développement de tomographe PET, SPECT et scanner X dédié au petit
animal), l'imagerie multi-modale (corrélation de l'image fonctionnelle à
l'image anatomique par combinaison PET/X ou SPECT/X), et enfin l'imagerie
per-opératoire (conception de mini-gamma caméra exploitable en bloc
opératoire). Ce thème s'inspire pour beaucoup de l'instrumentation et de
l'électronique mises en ?uvre initialement pour la physique subatomique,
avec cependant des contraintes fortes d'adaptation liées à un contexte
rendu souvent délicat que ce soit en biologie ou médecine. Il comprend
enfin une grand part de valorisation. La bio-informatique (CENBG Bordeaux, DAPNIA, IPN Lyon, IRES Strasbourg, LPC
Clermont, LPSC Grenoble): les besoins croissants en simulation et
modélisation de l'imagerie médicale et de la radiothérapie, l'explosion des
données de la génomique et de la post-génomique, exposent les médecins et
les biologistes à une utilisation croissante de l'informatique massive. Les
laboratoires de l'IN2P3 et le DAPNIA deviennent alors les partenaires
naturels des laboratoires de biologie dans leur besoin de puissance de
calcul, d'espace de stockage et de stratégie d'analyse massive de données.
4 volets sont principalement abordés: la simulation Monte-Carlo pour la
physique médicale et en particulier pour l'imagerie et la dosimétrie (plate-
forme de simulation GATE, projet MAESTRO), la simulation pour la
radiobiologie (simulation du dispositif d'irradiation AIFIRA), la biologie
in silico et plus précisément l'exploitation des grilles pour la bio-
informatique (réseau européen DATAGRID (FP5) et EGEE (FP6)). Les atouts L'IN2P3 et le DAPNIA possèdent de très sérieux atouts pour développer
une interface avec la biologie et la médecine de qualité. Cela relève bien
entendu de leurs compétences en instrumentation, en simulation, en
électronique, et de la force de leurs services techniques qui sont autant
d'éléments favorables au développement d'outils originaux et innovants pour
les sciences de la vie. C'est par exemple le cas pour la caractérisation
physique et chimique du vivant, la radiobiologie et la radiothérapie qui
exploitent pour la plupart l'expérience des chercheurs et des ingénieurs
acquise auprès des accélérateurs d'ions légers, de la connaissance précise
des faisceaux et des systèmes de détection associés. La connaissance de la
conduite de projets à grande échelle basé sur la mise en place
d'accélérateur d'ions légers est notamment déterminante et un garant de la
réussite des programmes interdisciplinaires sous-jacents. C'est aussi le
cas pour l'imagerie dont la dynamique relève en partie des progrès
instrumentaux de la physique subatomique et des nouveaux composants
développés dans le cadre de ses grands projets. C'est enfin le cas pour la
bio-informatique qui profite des outils développés pour la coordination de
grands projets mais aussi des codes de calcul pour profiler la gestion
médicale, les caméras ou encore la radiothérapie personnalisée de demain.
Au-delà des aspects purement techniques, l'IN2P3 et le DAPNIA
détiennent de 2 autres atouts favorables pour dynamiser l'interface avec
les sciences de la vie: Une méthodologie issue de la physique des hautes
énergies qui permet de renseigner des questions de physique et de biologie
originales soulevées par les progrès récents des sciences de la vie;
l'autonomie et les ressources propres des laboratoires que l'on retrouve
pour la plupart à proximité des plus grands pôles de biologie ou de
médecine français.
La coordination L'interface avec les sciences de la vie s'est principalement
développé sur