Brevet FR2806481A1 — publié le 20010921

DISPOSITIF D'ANALYSE ET/OU DE TRAITEMENT IN SITU CONSTITUE D'UNE TIGE SOUPLE ET D'UN MICRO-SYSTEME FIXE A UNE EXTREMITE LADITE TIGE SOUPLE. La présente invention concerne un dispositif permettant réaliser à distance une investigation et/ou un traitement in situ au niveau d'un substrat par exemple de tissus ou d'organes, constitué d'une tige souple à une extrémité de laquelle est fixé un micro-système d'investigation et/ou de traitement. Il est décrit dans l'art antérieur micro- systèmes d'investigation mettant en #uvre un arrangement de molécules biologiques disposées en des positions déterminées d'une surface. Ces systèmes connus sous la dénomination de N% biopuces ou de puces à ADN sont utiles pour l'investigation de séquences polynucléotidiques ou d'acides aminés. On connaît également dans l'art antérieur des dispositifs d'investigation in vivo des organes ou tissus du type d'un cathéter constitué d'un tube flexible inseré dans les vaisseaux ou par les voies naturelles, associés par exemple à laser, une fibre optique, une sonde ou un capteur. Ces dispositifs peuvent également permettre l'administration de substances actives comme des médicaments ou des agents de diagnostic. Les Inventeurs ont maintenant conçu un dispositif analyse et/ou de traitement in situ man#uvrable à distance associant les deux technologies ci-dessus. Il apparaît effet utile de disposer de nouveaux moyens d'investigation et/ou de traitement in situ au niveau d'un substrat d'un organisme in vivo ou in vitro moins traumatisant possible particulièrement dans le cas d'un patient humain et qui permette d'accéder (i) à des informations utiles tant en matière de diagnostic de criblage par exemple pour des indications thérapeutiques ou (ii) à nouveaux mode d'administration d'agents actifs drogues, directement au niveau d'un substrat constitue par exemple cellules cibles. Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un dispositif pour l'analyse chimique ou biologique ou le traitement in situ comprenant (i) un micro-système d'investigation d'un substrat et/ou de délivrance agents actif au niveau d'un substrat et (ii) une tige souple a une extrémité de laquelle est fixé le micro-système dont l'autre extrémité est destinée à la man#uvre dudit micro- système. Ainsi, le micro-système est du type comprenant un support à la surface duquel est ménagée des régions prédéfinies contenant chacune différentes substances chimiques ou biologiques d'investigation ou de traitement du substrat où est amené le micro-système grâce à la tige souple. Ladite surface comprend plus de 10, de préférence plus de et tout préférentiellement plus de 1000 régions prédéfinies sur une surface de l'ordre de quelques cm' de préférence 1 1 ordre de 1 cm# ou moins. On préfère, bien entendu, que chaque zone prédéfinie comporte une substance chimique ou biologique différente, mais le procédé selon l'invention admet également que plusieurs voire toutes desdites régions prédéfinies comporte la même substance chimique ou biologique par exemple dans le cas de la même analyse ou de la délivrance de la même substance active reproduite dans le temps. Le dispositif selon l'invention est utile dans - le domaine thérapeutique, pour délivrer in situ des agents actifs au niveau d'un substrat, et - le domaine du diagnostic pour l'analyse in situ un substrat. Pour des applications thérapeutiques, les substances biologiques et ou chimiques disposées au niveau de chaque région prédéfinie de la surface du micro-système sont agents thérapeutiques. Ils peuvent etre fixés à ladite surface par simple adsorption ou par 1 intermédiaire d'un produit de couplage. Les agents actifs peuvent être tout composé utile dans le traitement des maladies nécessitant une intervention au niveau de cellules ou de tissus cibles, comme des cellules cancéreuses des f oyers infectieux, etc.... Les agents actifs sont libérés au niveau du substrat : - par simple contact avec celui-ci auquel cas, ils sont protégés physiquement comme décrit plus loin, jusqu'a ce que le micro-système soit placé au niveau dudit substrat, ou grâce à un système complémentaire de libération au niveau du microsystème. Une f orme de mise en #uvre préférée de l'application thérapeutique du dispositif l'invention consiste à utiliser des agents actifs qui sont des acides nucléiques, comme des ADN nus, des oligonucléotides antisens, fixés à la surface du support du micro-système par hybridation. Mais les agents actifs peuvent etre aussi des protéines ou des anticorps fixés sur chaque région prédéfinie grâce à une liaison immunologique. A titre d'exemple d'un micro-système entrant dans la constitution d'un dispositif de traitement selon l'invention, on peut citer les puces bioniques qui contrôlent électriquement l'activité des cellules de façon à libérer des agents thérapeutiquement actifs. Pour les applications de diagnostic et plus largement d'analyse d'un substrat, le micro-système du dispositif de l'invention est un micro-système investigation. Selon une forme de réalisation toute préférée du dispositif selon l'invention, les substances chimiques ou biologiques sont capables de réagir avec des substances correspondantes éventuellement présentes au niveau du substrat où est amené le micro-système d'investigation grâce la tige souple. Ainsi, le micro-système est de préférence un micro-système récepteur/ligand mettant en #uvre des couples substances chimiques ou biologiques dont l'un ou l'autre notamment pour des applications thérapeutiques, les deux membres du couple sont fixées sur chaque région prédéfinie. Avantageusement, le micro-système selon 'invention met en #uvre des substances biologiques qui sont des séquences polynucléotidique ou d'acides aminés. invention envisage comme substances chimiques ou biologiques présentes dans chaque région prédéfinie, des substances chimiques ou biologiques constituant: - un arrangement de séquences polynucléotidique capable de s'hybrider avec des acides nucléiques présents niveau du substrat constituant notamment le site investigation, ou - un arrangement de peptides, polypeptides protéines capables de réagir avec un récepteur correspondant ou immunologiquement avec des anticorps ou des antigènes présents au niveau du substrat constituant notamment le site investigation. Mais, le micro-système d'investigation peut aussi mettre en #uvre des substances chimiques capables réagir selon des réactions chimiques variées avec des substances chimiques correspondantes présentes au niveau du substrat analysé. Ainsi, le micro-système d'investigation selon l'invention permet l'analyse simultanée de plusieurs facteurs physiologiques in situ. Compte tenu de la diversité des types de réactions biologiques ou chimiques susceptibles dletre mises en #uvre au niveau du micro-système d'investigation, le dispositif de l'invention permet l'identification de gènes ou de leurs composants d'ADN, d'ARN, de séquences nucléotidiques pertinentes ou de leurs produits protéiques spécifiques, mais aussi d'agonistes et de leurs récepteurs. Il permet également in vitro et in vivo l'identification de virus, de bactéries, de parasites ou de leurs composants spécifiques. Le dispositif de l'invention peut ainsi etre utilisé : - à des fins d'analyse des divers types de génomes et notamment à leur séquençage, - à l'identification de cellules, de tissus et d'organes ou de différents types de récepteurs spécifiques normaux ou pathologiques, - à des fins de diagnostic, comme par exemple grâce à l'identification de gènes, de leur composant de leur produit, - à des f ins de criblage de molécules ou de composés chimiques ou biologiques à caractéristiques thérapeutiques connues ou potentielles, - au suivi de l'activité d'agents thérapeutiques nouveaux ou déjà connus (possibilité d'examens orientés étagés et répétés). La liste ci-dessus n'est pas exhaustive et l'homme du métier est capable à l'aide des présentes indications d'étendre la mise en #uvre du dispositif de l'invention à tout autre type d'analyse. Le dispositif de l'invention offre tout particulièrement une amélioration significative aux méthodes de diagnostic, d'indication thérapeutique, de traitement et de suivi thérapeutique ainsi que de criblage des médicaments qui sont issus de la génomique et de protéinomique (ou protéomique). Le dispositif de l'invention est remarquable ce qu'il est non-invasif ou micro-invasif non destructif et 1:P f permet l'identification à distance de toutes substances chimiques ou biologiques capables de réagir plus ou moins spécifiquement avec les substances biologiques fixées sur micro-système d'investigation. Il est donc adapté à une analyse ou un traitement : - in vitro : sur cultures de cellules, de tissus ou d'organes naturelles ou modifiées génétiquement provenant de prélèvements effectués sur des êtres vivants. - in vivo : dans des conditions invasives ou microinvasives. Il permet le guidage, l'orientation, le positionnement et éventuellement le largage à distance du microsystème destinée notamment à l'hybridation moléculaire in situ au niveau de cellules, de tissus ou d'organes cibles. Le dispositif de l'invention est en outre particulièrement remarquable car il permet d'atteindre, pour l'analyse ou le traitement, des sites non accessibles difficilement accessibles par les techniques conventionnelles. La tige souple permet d'amener puis positionner le micro-système au contact du substrat à analyser, qu'il s'agisse d'un matériel biologique vivant ou ayant vécu (frais, fixé, congelé, momifié ou fossilisé), constitué de cellules identiques ou comparables, de tissus mono ou pluricellulaires, d'organes, directement ou après microeffraction du mésothelium ou de l'épithélium de revetement et de la capsule conjonctive ainsi que des endothéliums vasculaires en cas d'exploration endovasculaire.La tige souple assure la solidité et la cohesion du dispositif et assure sa flexibilité et la transmissibilité des mouvements imprimés à distance manuellement ou de façon robotisée. Bien entendu le dispositif doit être biocompatible et avantageusement stérile, tout au moins en sa partie terminale en contact avec le substrat à traiter ou analyser. Le dispositif de l'invention comprend donc, outre le micro-système où sont réalisées les réactions chimiques biologiques, une tige qui permet le contrôle manuel ou robotisé du dispositif. La tige souple de man#uvre du dispositif permet d'assurer au moins les deux fonctions suivantes : - Le guidage du micro-système 'usqu'au niveau du substrat analysé ou traité. - L'orientation et le positionnement du micro- système au niveau du substrat analysé ou traité. La tige souple est avantageusement conçue pour coopérer avec différents instruments médicaux utilisés à des fins diagnostiques, thérapeutiques ou expérimentales, il s'agit de dispositifs : - non invasifs, destinés à l'exploration de cavités naturelles en contact avec le milieu extérieur, comme des instruments d'exploration ORL, bronchopulmonaire, digestive urologique ou gynécologique ; - microinvasifs, en vue de 'exploration des cavités naturelles sans contact direct avec le milieu extérieur il s'agit alors des instruments utilisés en arthroscopie, coloscopie, etc..., ou de systeme d'exploration endovasculaire, ou encore d'outil de biopsie de tissus ou d'organes superficiels, notamment par voie transcutanée, comme systèmes d'effraction parenchymateuse, tels que des aiguilles, des pointes acérés, des dispositifs coupants, etc.... La tige souple est ainsi associée à l'un de ces instruments médicaux. Se lon une forme préférée de réalisation, la tige souple est micro-adaptée de façon à être introduite dans les instruments ci-dessus possédant une lumière interne. La tige souple peut alors coulisser dans cette lumière interne à l'aide éventuellement une rainure de guidage managée spécialement à cet effet et ainsi permettre la manceuvre du dispositif de l'invention -in vivo au cours de différentes étapes d'une exploration à visée diagnostic ou thérapeutique. Mais la tige souple peut aussi consister en ces différents instruments médicaux eux-mêmes, sont alors utilisés comme tige de man#uvre du micro-système investigation ou de traitement. Le micro-système est fixé à l'une des extrémités la tige souple par tout moyen de liaison. moyen de liaison peut être un système de pivot permettant 'orientation et le positionnement à partir la tige souple dans l'espace et à distance du micro-système. Le moyen de liaison peut être constitué par matériau déformable contrôlé électroniquement et à distance. Il peut s'agir aussi d'une colle biologique et notamment d'un type colle utilisée pour la réparation de tissus osseux. Dans tous les cas, le moyen de liaison doit répondre aux critères suivants : adhérence, solidité et flexibilité (résistance aux manipulations et mises en tension liées aux mouvements imprimés à distance), biocompatibilité et stérilité. Le dispositif de l'invention peut etre réalisé à partir d'un moule de configuration adaptative dans lequel un ou plusieurs matériaux homogènes ou à composants électroniques sont coulés afin de prendre la f orme souhaitée. Le dispositif destiné à réaliser le système pivot et éventuellement un cache temporaire peut être coulé à un endroit choisi du moule soit sous f orme dispositif intermédiaire, soit sous f orme de matériau adapté af in de permettre la réalisation de l'ensemble du dispositif décrit plus haut. Il gagne ainsi en efficacité tout en gardant sa cohérence fonctionnelle. Le moyen de liaison peut être actionnable à distance pour libérer le micro-système in situ. Ainsi, le dispositif de l'invention comprend les modes de réalisations décrits ci-dessous. Selon un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention, la tige de man#uvre permet introduire, de positionner puis d'extraire le micro- système après que les réactions chimiques biologiques recherchées se soient produites au niveau du substrat. Ces opérations sont contrôlées soit manuellement soit par 'intermédiaire d'une assistance robotique. Pour des applications d'analyse d'un substrat, une fois récupéré le micro-système est analysé au laboratoire par techniques classiques de révélation des réactions chimiques notamment recepteur/ligand qui se sont produites, éventuellement après des étapes préparatives comme une réaction de polymérisation en chaîne. Dans ce mode de réalisation, le micro-système est libéré de la tige souple après extraction le moyen de liaison ne nécessite pas d'être actionnable à distance. Le moyen de liaison doit cependant assurer une cohésion et une flexibilité suffisante pour permettre le contrôle à distance en vue du guidage, de l'orientation, du positionnement et éventuellement l'extraction du micro- système in situ. Selon un second mode de réalisation du dispositif de l'invention, le moyen de liaison entre la tige souple et le micro-système est actionnable distance de façon à permettre le largage du micro-système in situ lorsqu'il est positionné au niveau du site à analyser. Le largage du micro-système in situ peut être réalisé à l'aide dl ballonnet compatible stérile et spontanément dissoluble. Dans ce mode de réalisation, micro-système peut être analysé à distance grâce a des systèmes de capteurs permettant l'analyse des réactions chimiques ou biologiques qui se sont éventuellement produites au niveau micro-système d'investigation. Tout microprocesseur ou tout dispositif susceptible d'augmenter la sensibilité ,efficacité et donc la performance du micro-système ou contrôle à distance de la mise en place (guidage orientation et éventuellement largage) de la microbiopuce entre dans le cadre et peut être mis en #uvre dans le cadre dispositif selon l'invention. Le dispositif de l'invention peut comprendre un système de protection du micro-système d'investigation qui est déprotégé une fois amené et positionné sur le site à analyser. Ce système de protection, par exemple un rideau amovible, un filet déformable peut couvrir tout le micro- système ou seulement sa surface active. Ce système de protection peut être situé au niveau du moyen de liaison ou placé au niveau du micro-système lui-même. Le dispositif de l'invention peut comprendre, au niveau de l'extrémité où est fixé le micro-système, tout système d'aide au fonctionnement du micro-système comme un système de chauffage et/ou de refroidissement, libération de substance biologique ou chimique comme des tampons, des réactifs de révélation, tout produit de modification biologique ou toutes molécules l'environnement cellulaire. Le dispositif de l'invention peut être associé a tout dispositif permettant à distance : - la surveillance par des récepteurs sensoriels (tactiles, optiques, physico-chimiques notamment électroniques ou informatiques numérisés) ou pour tout système de capture ou de traitement du signal, la réalisation de biopsies quel qu'en soit la taille, le traitement, par exemple de tumeurs, l'injection locale de produits chimiques biologiques (cellules ou tissus transporteurs ou non de vecteurs de gènes ou des composants de ceux-ci de même que des vecteurs indépendants), produits cellulaires ou tissulaires, agents moléculaires chimiques ou physicochimiques, agents de marquage de toute sorte radioactifs ou non). Le dispositif de l'invention peut être utilise de façon concomitante ou successive avec des dispositifs bases sur des réactions chimiques ou biologiques autres celles mises en ceuvre au niveau du micro-système, ou avec des dispositifs complémentaires de biopsie, d'injection de captures sensorielles. Le dispositif de l'invention est remarquable ce qu'il peut être utilisé sur tout type de substrat biologique ou chimique appartenant à des êtres vivants ayant vécu, humains, animaux, végétaux. Par exemple, il est utile chez l'animal, dans les conditions normales ou dans des conditions expérimentales pour l'étude d'affection pathologique ou chez les animaux transgéniques présentant des tumeurs malignes ou différents désordres pathologiques ainsi qu'au cours de greffes de cellules, de tissus ou d'organes afin surveiller la tolérance ou le rejet. Il permet de suivre l'évolution biologique des animaux pour la mise au point traitements sélectifs, la sélection des races animales, surveillance des maladies virales microbiennes, parasitaires et maladies à agents de type prions.Le dispositif l'invention permet d'améliorer chez l'animal les techniques de clonage reproductif ou destiné à obtenir des lignées cellulaires à activité thérapeutique régénérative issues cellules souches embryonnaires. Chez l'être humain, le dispositif de l'invention permet de f açon non-invasive ou micro-invasive de préparer l'isolement et le séquençage de gènes et/ou l'identification de leur produit fonctionnel, de préciser un diagnostic par des méthodes chimiques ou biologiques, d'identifier avec plus de pertinence les indications thérapeutiques, de tester de nouvelles préparations biologiques ou de nouvelles molécules à activité thérapeutique, de suivre l'efficacité thérapeutique grâce à des examens orientés étagés, répétés sans risque majeur étant donné le caractère non-invasif ou micro-invasif de l'utilisation du dispositif. Le dispositif de l'invention s'applique ainsi à l'analyse de pathologie tumorale bénigne ou maligne, intéressant les tumeurs solides liquides comme des cancers ou des leucémies), de pathologies neurologiques, musculaires, hématologiques cardiovasculaires, métaboliques ou dégénératives notamment si elles sont liées à une anomalie génétique identifiée ainsi qu' une prédisposition pathologique à composante génétique. Le dispositif de l'invention est aussi adapté a la pratique et à la surveillance de la thérapie cellulaire de la thérapie génique, des traitements régénératifs effectués à partir de cultures de cellules souches embryonnaires, ou encore au diagnostic pré-implantatoire après fécondation in vi tro (FIV). Le dispositif l'invention est aussi utile sur l'être humain en développement, par exemple chez l'embryon après FIV dans le respect règles éthiques en vigueur, chez le f#tus dans le cadre du Diagnostic Prénatal en vue notamment du diagnostic d'anomalies génétiques, mais également dans le cadre thérapeutiques prénatales menées in utero dont l'utilisation du dispositif pourrait élargir les indications. Le dispositif de l'invention trouve également une application en matière de médecine légale et au cours d'investigations propres à la police scientifique. Chez les plantes ou dans le domaine de l'environnement, le dispositif de l'invention peut être un outil précieux pour l'identification et la sélection de variétés végétales, la réalisation d'organismes génétiquement modifiés, la surveillance de maladies virales ou parasitaires la surveillance des sols, la surveillance des déséquilibres écologiques d'ordre biologique ou chimique grâce aux applications in vitro et in vivo notamment pour l'identification des polluants biologiques ou chimiques des ecosystèmes. Dans le domaine agroalimentaire, le dispositif l'invention est utile pour l'élaboration et le suivi des OGM, notamment pour la surveillance de la régulation et de ,expression des gènes, pour la surveillance de contaminations éventuelles au cours de l'ensemble de la chaîne alimentaire sans dénaturation préalable des denrees alimentaires. Ainsi, le dispositif de l'invention est utile pour la surveillance des différentes étapes des procédés de conservation notamment par le froid. Le dispositif de l'invention trouve également un intérêt dans le domaine paléontologique pour ,identification et l'analyse des caractéristiques chimiques ou biologiques de cellules, de tissus et d'organes momifiés ou fossilisés avec l'avantage de ne pas détruire les obj analysés, et il permet d'améliorer les outils d'identification des différentes étapes de l'évolution espèces. Le dispositif de l'invention a été décrit ci- dessus à l'aide d'exemples non limitatifs et il admet de nombreuses variantes et évolutions liées notamment aux perfectionnements des micro-systèmes. Ainsi, le micro- système peut être un nano-système d'investigation dès lors que les microbiopuces seront remplacées par des nanopuces ou nanobiopuces. Le dispositif de l'invention permettra alors la mise en #uvre de procédés nanoinvasifs permettant lletude ou le traitement des organites intracellulaires et contenu du noyau intracellulaire in situ. La tige souple sera alors bien entendu adaptée au nano-système ,investigation pour pénétrer dans la cellule et être contrôlé à distance en utilisant des instruments de micromanipulation sous contrôle microscopique. Il en va de même pour les techniques dissection chromosomique ainsi que, pour d'éventuel fento-système d'investigation utile pour l'analyse au niveau atomes. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour l'analyse chimique ou biologique ou le traitement in situ comprenant (i) un micro- système d'investigation d'un substrat et/ou de délivrance d'agents actif au niveau substrat et (ii) une tige souple à une extrémité de laquelle est fixé le micro-système et dont l'autre extrémité destinée à la man#uvre dudit micro-système. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que micro-système est du type comprenant un support à surface duquel est ménagée des régions prédéfinies contenant chacune différentes substances chimiques ou biologiques investigation ou de traitement du substrat oÙ est amené le micro-système grâce à la tige souple. 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les substances biologiques et ou chimiques disposées au niveau chaque région prédéfinie de la surface du micro-système sont capables de réagir avec des substances correspondantes éventuellement présentes au niveau du substrat où est amené le micro-système d'investigation grâce à la tige souple. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le micro-système est un micro-système récepteur/ligand mettant en #uvre des couples de substances chimiques ou biologiques dont l'un ou l'autre ou les deux membres couple sont fixées sur chaque région prédéfinie. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les substances chimiques ou biologiques sont des séquences polynucleotidique ou d'acides aminés. 6) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les substances biologiques constituent : - un arrangement de séquences polynucléotidique capable s'hybrider avec des acides nucléiques présents au niveau substrat, ou - un arrangement de peptides, polypeptides ou protéines capables de réagir avec un récepteur correspondant ou immunologiquement avec des anticorps ou antigènes présents au niveau du substrat. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce la tige souple associée à un instrument médical utilisé à des fins diagnostiques, thérapeutiques ou expérimentales, possédant lumière interne dans laquelle est introduite la tige souple. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tige souple est constituée par un instrument médical utilise à des fins diagnostiques, thérapeutiques ou expérimentales. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce le micro- système fixé à l'une des extrémités de tige souple par tout moyen de liaison constitué d'un système de pivot permettant 'orientation et le positionnement a partir de la tige souple dans l'espace et à distance du micro-système. 10) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le micro-système est fixé à l'une des extrémités la tige souple par tout moyen de liaison actionnable à distance pour libérer le micro-système in Situ. il Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un système de protection du micro-système. 12 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au niveau de l'extrémité où est fixé le micro- système, un système d'aide au fonctionnement dudit micro- système, conne un système de chauffage et/ou de refroidissement ou de libération de substance biologique ou chimique. 13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est associé à un plusieurs dispositifs choisis parmi un dispositif de surveillance, de réalisation de biopsie, de traitement, d' ' 'ection locale de produits biologiques ou chimique.