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Andreas Manz

Système ultra-miniaturisé d'analyse biomédicale

Suisse

Catégorie

Œuvre d'une vie

Domaine technique

Technologie médicale

Société

Korea Institute of Science and Technology in Saarbrücken

Autrefois, les docteurs devaient attendre les résultats d’analyses de laboratoire pendant des semaines avant de pouvoir diagnostiquer leurs patients. Grâce à Andreas Manz, 58 ans, chercheur suisse en chimie analytique et spécialiste en nanotechnologie, il existe aujourd’hui une technologie qui réunit tout l’équipement d’analyse chimique d’un laboratoire en le rapetissant pour l’intégrer sur une plaquette de la taille d’une micropuce. Cela permet un diagnostic immédiat, sur le lieu d’intervention, qui pourrait un jour sauver des millions de vies dans les régions défavorisées ou reculées.

Lauréat du prix d'inventeur européen 2015 dans la categorie œuvre d’une vie

Ces dispositifs ultracompacts, regroupés sous l'appellation « microsystèmes d'analyse totale » (Micro Total Analysis Systems, µTAS), ne mesurent que quelques millimètres, mais incluent tous les mécanismes nécessaires pour séparer des composés en quantités infimes de substances liquides et détecter leur composition chimique.

Les unités microTAS (µTAS) contiennent l'ensemble des micropompes et microvalves, ainsi que les dispositifs électroniques de mesure et de commande requis pour l'analyse sur le terrain. Elles permettent également de faire des économies sur le temps et l'espace nécessaires pour l'analyse chimique. En offrant une surveillance continue à distance, ces laboratoires virtuels sur puce sont parfaitement adaptés aux mises à jour 24 heures sur 24 des conditions environnementales ou des diagnostics toxicologiques et des maladies sur le terrain.

Impact social

La technologie de laboratoire sur puce promet de révolutionner le diagnostic et la surveillance sur le terrain. Les utilisations futures pourraient inclure des tests rapides et peu onéreux sur le lieu d'intervention dans des régions reculées pour le dépistage des maladies endémiques et des pandémies. Ainsi, des recherches sont actuellement menées sur les méthodes de diagnostic µTAS du VIH et du paludisme, ainsi que de la dengue, des maladies génétiques, des toxines localisées et de plusieurs types de cancers.

Des essais de laboratoire bien plus onéreux existent déjà pour la plupart des applications potentielles de cette technologie, mais ses avantages résident dans le fait de permettre à des régions défavorisées ou difficiles d'accès de bénéficier d'analyses adéquates.

Impact économique

Actuellement, les applications de la technologie de laboratoire sur puce sont principalement axées sur les domaines médical et biotechnologique, même si cette révolution technologique est mise en œuvre à un rythme plus lent compte tenu de son potentiel. Le rapport d'une étude de marché de 2011 prévoyait que le marché des biopuces, dont font partie les unités µTAS, passerait de 2,8 milliards d'euros (€) (3,5 milliards de dollars américains ($)) en 2010 à 7,8 milliards d'euros (€) (9,6 milliards de dollars ($)) d'ici 2016. Un rapport plus récent (2014) estimait la croissance de ce marché à 18 % entre 2014 et 2019.

L'incarnation moderne du système μTAS d'Andreas Manz est le laboratoire sur puce intégrable à une clé USB conçu par Christofer Toumazou, lauréat du Prix de l'inventeur européen 2014. Ce dispositif décode l'ADN d'un patient en quelques minutes et a déjà été concédé sous licence à plusieurs entreprises. Il existe d'autres technologies médicales sur le lieu d'intervention, telles que les tests de grossesse ou de dépistage de drogues à domicile, mais des dispositifs plus complexes qui permettraient le diagnostic de maladies courantes sont encore aux premiers stades de leur développement. Rendre ces dispositifs viables sur le plan commercial demeure un obstacle majeur, mais indispensable à surmonter afin de pouvoir les distribuer là où le besoin se fait le plus sentir : dans les régions pauvres et reculées où les cliniques médicales manquent d'outils de diagnostic efficaces.

Mode d’action

Un dispositif μTAS contient des microstructures, telles que des canaux pour l’écoulement des fluides et des réservoirs pour le mélange et les réactions. Il se compose de couches de matériaux superposées, dont certaines parties sont ensuite enlevées par gravure selon les besoins.

Par exemple, lorsqu’une goutte de sang est insérée à une extrémité du dispositif, les molécules qui la constituent sont acheminées le long d’un système de capteurs chimiques nanométriques sous l’effet d’une action pneumatique, d’une force électromotrice ou par capillarité.

Dès que le capteur a enregistré la concentration du composé chimique en cours de test, il convertit les résultats en signal électrique. L’un des avantages du dispositif d’Andreas Manz est que ce capteur n’a pas besoin d’être très sensible, car avant même que la substance ne soit acheminée jusqu’à un capteur, elle est prétraitée pour éliminer la plupart des composés chimiques qui risqueraient de causer des interférences.

Inventeur

Andreas Manz est à la tête du groupe de microfluidique à l’Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST, Korea Institute of Science and Technology) de Sarrebruck, en Allemagne, et professeur de microfluidique pour les sciences de la vie à l’Université de la Sarre. Il a mené l’essentiel de ses recherches sur le développement des systèmes μTAS chez Ciba-Geigy, une entreprise pharmaceutique suisse qui a fusionné quelques années plus tard pour devenir Novartis, ainsi qu’à l’Imperial College London, en Angleterre.

Au cours de son illustre carrière, Andreas Manz a publié plus de 250 articles dans des revues scientifiques, notamment son article précurseur sur le concept novateur de « systèmes d’analyse chimique totale », qui ont été cités plus de 11 000 fois. Il a reçu de nombreuses distinctions et s’est classé au 48e rang des 100 chimistes les plus influents de la dernière décennie. Andreas Manz est à l’origine d’au moins 39 brevets, plusieurs concernant la technologie μTAS.

Le saviez-vous ?

Andreas Manz est souvent considéré comme le « père de la microfluidique moderne », et ce, à juste titre. Au-delà de son rôle de pionnier dans ce domaine, Andreas Manz a également contribué à enseigner cette technologie à la nouvelle génération et a encouragé le développement de nouvelles approches pour sa mise en œuvre. Ses étudiants ont loué son génie et sa capacité d’innovation, mais ont aussi mis en avant son talent de vulgarisation des idées complexes, notamment le fait de recourir à des analogies telles que la course de chars du film Ben-Hur pour expliquer le concept de la chromatographie cyclique. Pour écouter Andreas Manz décrire son innovation avec ses propres mots, regardez cette vidéo.