ASTRID - Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation Défense

Projet Impulsions Electriques Radiofréquences et Guerre Electronique: Etude des interactions ondes-vivant – PIERGEN

Rayonnements électromagnétiques et Vivant

Les rayonnements électromagnétiques, qu’ils soient ou non d’origine naturelle, sont omniprésents dans notre environnement. Leurs effets sur les organismes vivants, bénéfiques ou néfastes, dépendent du niveau de champ, de la puissance et de la durée d’exposition. Les comprendre, les maîtriser est un enjeu capital pour la recherche civile et militaire.

Rayonnements électromagnétiques et vivant: quels effets pour l’homme?

L’étude que nous proposons de réaliser est de comprendre les effets d’impulsions électriques, prometteuses en biologie et médecine et mimant les impulsions utilisées par la Défense, sur le vivant, et par là même les maîtriser. Le champ d’investigations concerne les différents constituants du vivant, de la molécule à l’organisme complet. <br />Notre objectif est d’explorer un champ de recherche innovant avec des retombées potentielles à la fois civiles en clinique humaine et militaires pour la protection des personnes. Les enjeux sociaux-économiques du projet sont importants en raison des applications médicales de l’électroporation dans le domaine de la cancérologie et de la thérapie génique. Le cancer étant l’une des premières causes de mortalité dans les pays industrialisés, toute avancée technologique et/ou conceptuelle qui permettra de combattre la maladie est d’un intérêt capital, que ce soit pour le patient lui-même ou ses proches. Au niveau de la Défense, dans le contexte des armes électromagnétiques, ces effets, réversibles ou non, seront utiles pour définir des seuils de nocivité pour la protection des personnes et déterminer la marge entre la capacité à perturber l’électronique et le risque pour l‘homme. <br />

Les objectifs du projet de recherche PIERGEN sont d’analyser les effets des champs pulsés de courtes durées et fortes intensités afin d’en étudier les conséquences sur le vivant. Notre stratégie consiste à utiliser des ondes de types radar et bande large (impulsions), proches des objectifs de la Défense et domaine d’excellence du CEA Gramat, et à les appliquer à des systèmes d’étude à complexité croissante (vésicules lipidiques, cellules en culture sur boîte de Pétri ou cultivées en sphéroïdes multicellulaires, petit animal), systèmes dont l’IPBS-CNRS de Toulouse possède la maîtrise et l’expertise en électroperméabilisation « classique ». Les travaux antérieurs réalisés avec des impulsions monopolaires et de fortes amplitudes mettent en évidence une électroperméabilisation des membranes cellulaires. D'autres effets, membranaires et intracellulaires, sont susceptibles d'apparaître à plus bas niveaux de champ. Ainsi, ce travail en synergie entre les deux partenaires a pour ambition de visualiser l’effet de ces impulsions bipolaires oscillatoires non « classiques ». Les verrous scientifiques et technologiques à lever sont de repousser les limites actuelles de nos connaissances en adaptant nos outils existants et en en développant de nouveaux. Les effets potentiels directs sur les membranes et leurs conséquences sur les cellules et tissus seront étudiés par différentes techniques d’imagerie grâce à des applicateurs qui seront mis au point pendant le projet. Ainsi le programme scientifique comporte deux aspects : 1) la conception des générateurs d’impulsions (illuminateurs antennaires et de laboratoires) des cellules TEM de test et des applicateurs et 2) l’étude de leurs effets sur des modèles biologiques à complexité croissante.

Les deux types d’ondes (BUE : Bande Ultra Etroite de types radar et BL : Bande Large) n’ont pas d’effets visibles sur des vésicules lipidiques géantes (modèle simplifié des cellules) dont la membrane ne subit ni perte de lipides, ni déformation, si perméabilisation.

Les deux types d’ondes (BUE : Bande Ultra Etroite de types radar et BL : Bande Large) n’ont, à ce jour, pas d’effet sur les deux types de cellules humaines (saines ou cancéreuses) utilisés dans ce travail. Aucun changement de taille, forme ou de perméabilité à court terme n’est observé.

Au niveau de la recherche civile, ces données seront utiles pour le développement sûr et efficace en clinique de la méthode « d’électroporation » notamment pour le traitement des cancers par électrochimiothérapie et électrogénothérapie, approche prometteuse mais qui se heurte à un manque d’efficacité notamment en raison du passage limité de l’ADN dans le noyau. Au niveau de la Défense, dans le contexte des armes électromagnétiques, ces effets, réversibles ou non, seront utiles pour définir des seuils de nocivité pour la protection des personnes et déterminer la marge entre la capacité à perturber l’électronique et le risque pour l‘homme.

L’adaptation d’impédance permet un couplage optimal de l’onde avec l’objet biologique sous test. L’idée a fait l’objet d’une demande de dépôt de brevet.

1 article de vulgarisation et 1 communication à un congrès.

Les rayonnements électromagnétiques, qu’ils soient ou non d’origine naturelle, sont omniprésents dans notre environnement. Leurs effets sur les organismes vivants, bénéfiques ou néfastes, dépendent du niveau de champ, de la puissance et de la durée d’exposition. Les comprendre, les maîtriser est un enjeu capital pour la recherche civile et militaire.
Les champs électriques endogènes jouent des rôles importants en biologie (excitation nerveuse, transport d’ions, sécrétion d’hormones, régénération de tissus), processus couplés au potentiel transmembranaire des cellules. Des impulsions électriques externes peuvent modifier le potentiel de repos des cellules et les perméabiliser. Ce processus, nommé électroperméabilisation ou électroporation, est une méthode de vectorisation reconnue. Son utilisation en cancérologie est prometteuse. Ses développements en thérapie génique se heurtent à son efficacité limitée. Une des stratégies consisterait à perturber l’enveloppe nucléaire, par utilisation d’impulsions très courtes et très intenses, pour permettre le passage de l’ADN dans le noyau. La connaissance des phénomènes membranaires et cellulaires induits par ce type d’impulsions n’est que très partielle.
Les applications électromagnétiques émergentes développées pour la Défense utilisent des ondes qui utilisent des impulsions du même type : impulsions brèves, de forte amplitude sur des périodes limitées. Dans l’objectif de neutraliser l’électronique de l’adversaire sans atteinte des personnes, il est nécessaire de connaitre leurs effets biologiques afin de déterminer leurs seuils de nocivité. Cette lacune dans la connaissance des seuils d'expositions restreint l’utilisation de ces futures armes. Les travaux antérieurs réalisés en électroperméabilisation « classique » avec des impulsions monopolaires, non représentatives des impulsions rayonnées par les systèmes utilisés par la défense, mettent en évidence la perméabilisation des membranes cellulaires. D'autres effets, susceptibles d'apparaître à plus bas niveaux de champ, doivent faire l'objet de nouvelles investigations.
L’objectif du projet PIERGEN est de déterminer les effets de deux types d’ondes (BUE : Bande Ultra Etroite de types radar et BL : Bande Large). Ce projet sera réalisé en synergie entre le CNRS de Toulouse et le CEA Gramat. Ces deux laboratoires ont une compétence historique internationalement reconnue dans leur domaine. Des systèmes d’exposition non classique en électroperméabilisation, proches de ceux de la Défense (impulsions bipolaires et oscillatoires), seront utilisés. Les verrous scientifiques et technologiques sont de repousser les limites actuelles des connaissances en adaptant nos outils existants et en en développant de nouveaux. La stratégie consiste à utiliser des systèmes biologiques d’étude à complexité croissante (vésicules lipidiques, cellules en culture, sphéroïdes multicellulaires, petit animal) afin d’étudier les effets directs ou indirects que ces impulsions peuvent avoir sur les cellules et les organites intracellulaires.
La conception et la réalisation des applicateurs d’ondes est le premier volet du projet. Ces applicateurs, de dimensions centimétriques et submillimétriques, offriront la possibilité d’étudier à l’échelle du laboratoire les effets des impulsions sur les différents systèmes biologiques. Le deuxième volet du projet concerne l’étude des mécanismes moléculaires et cellulaires induits par les interactions onde-vivant. Le champ d’investigations concerne les différents constituants du vivant, de la molécule à l’organisme complet. Afin de pouvoir visualiser les phénomènes, différentes techniques de microscopie seront utilisées. Les effets directs sur les membranes (déformation, perte d’asymétrie transverse, perméabilisation, fusion) et leurs conséquences sur les cellules et tissus (mortalité, perte de cohésion, altération du cytosquelette, perméabilité de vaisseaux murins sains ou tumoraux, croissance tumorale) seront étudiés.

Coordinateur du projet

Madame Marie-Pierre Rols (Institut de Pharmacologie et de Biologie Structurale) – marie-pierre.rols@ipbs.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CEA Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
IPBS/CNRS Institut de Pharmacologie et de Biologie Structurale

Aide de l'ANR 293 792 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2013 - 36 Mois

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