Recherche au PSI en 2023: des signes prometteurs
Pour lutter contre le cancer, la recherche s’est plongée dans les cellules, et pour explorer notre système solaire, elle a mis le cap sur Jupiter. Au PSI, de nouvelles collaborations entre la recherche scientifique et l’industrie ont vu le jour en 2023, mais aussi des travaux de recherche pionniers sur le tournant énergétique. Et, régulièrement, la lumière était à l’honneur. Découvrez notre rétrospective de ces douze derniers mois.
Janvier
L’année a commencé au PSI avec la fondation du nouveau centre de transfert de technologie «Swiss Photonics Integration Center» Swiss PIC. Il est sis au Park Innovaare, à proximité immédiate du PSI, l’un des partenaires fondateurs avec d’autres participants de l’industrie et de la recherche. Swiss PIC offre à l’industrie de la photonique le transfert du savoir-faire de partenaires académiques. La photonique se réfère à l’utilisation de la lumière pour transmettre des informations dans ce que l’on appelle les circuits intégrés photoniques.
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Février
En février, la lumière était à nouveau à l’honneur, mais dans le domaine médical, cette fois-ci. A l’aide du laser à rayon X à électrons libres suisse SwissFEL et de la Source de Lumière Suisse SLS, des scientifiques du PSI ont tourné un film de molécules en haute résolution, qui montre comment utiliser la lumière pour activer et désactiver certaines substances actives. L’idée est de n’activer ces produits photo-pharmaceutiques que lorsqu’ils sont arrivés à l’endroit où ils doivent agir dans l’organisme, et ce uniquement pour la durée souhaitée. Cela permet de limiter les éventuels effets indésirables et de réduire l’apparition de résistances, par exemple aux antibiotiques.
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Mars
L’œil humain a lui aussi besoin de lumière. Nous voyons les choses lorsqu’elles renvoient la lumière, qui atteint ensuite notre rétine. Des scientifiques du PSI ont étudié pour la premier fois en temps réel ce qui se passe précisément dans nos yeux: le rétinal, une petite molécule dérivée de la vitamine A, absorbe une partie de l’énergie lumineuse entrante et modifie sa structure tridimensionnelle. En une fraction d’un milliardième de seconde, il se gonfle de manière minimale, ce qui lui permet de changer de forme et de lancer une cascade de minuscules réactions, grâce auxquelles nous pouvons finalement percevoir la lumière entrante.
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Avril
Le 14 avril 2023, une fusée de l’ESA a été lancée en direction de Jupiter. Avec elle, la mission JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) a démarré. Elle cherchera notamment à déterminer si les conditions d’une vie extra-terrestres sont réunies sous les couches de glace des océans des lunes de Jupiter. A son bord, elle emporte de nombreux instruments, dont le détecteur high-tech RADEM (Radiation-hard Electron Monitor) développé à l’Institut Paul Scherrer PSI. Cet appareil devra, entre autres, fournir des éclaircissements sur les conditions complexes de rayonnement et l’environnement magnétique ultradynamique du système jovien. Par ailleurs, RADEM fait office de gardien: s’il détecte des valeurs de rayonnement trop élevées, les instruments particulièrement sensibles de la mission JUICE peuvent être éteints et donc protégés.
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Mai
Zéro émission de gaz à effet de serre à partir de 2050: la Suisse ne réussira à atteindre cet objectif ambitieux que si la science, l’économie, le politique et la société unissent leurs forces pour y parvenir. Avec le Swiss Center of Excellence on Net-Zero Emissions (SCENE) tout juste créé, plus de 30 laboratoires de recherche concentrent leur expertise de manière interdisciplinaire et interinstitutionnelle autour du thème du «zéro émission nette». Toutes les institutions du Domaine des EPF participent à SCENE: l’ETH Zurich, l’EPFL, l’Empa, le WSL, l’Eawag et le PSI, qui fait office de «leading house».
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Juin
Le PSI a également montré sa force en juin dans le domaine de la recherche sur l’énergie et le climat. Un nouvel article scientifique a présenté les résultats d’une vaste simulation informatique du climat, de l’économie mondiale et du système énergétique global. A l’aide d’un superordinateur, l’équipe de recherche a calculé 4000 scénarios pour 15 régions de la planète, en tenant compte chaque fois des évolutions possibles d’une décennie à l’autre. 72 00 variables et 18 facteurs d’incertitude, dont la croissance démographique et économique, ont été pris en compte. Cette étude fournit à présent une base fondée pour un système énergétique tourné vers l’avenir.
En savoir plus: 4 000 scénarios pour freiner le changement climatique
Juillet
Une nouvelle méthode appelée interférométrie à réseaux basée sur des grilles pourrait améliorer à l’avenir le dépistage précoce du cancer du sein. Une équipe de scientifiques du PSI, de l’ETH Zurich, de l’Hôpital cantonal de Baden et de l’Hôpital universitaire de Zurich y travaillent conjointement. Ce procédé est un perfectionnement de la tomodensitométrie (CT-Scan) dont on se sert pour radiographier le tissu mammaire avec des rayons X. La nouvelle méthode analyse en plus les informations générées par la réfraction et la diffraction des rayons X lorsqu’ils atteignent les tissus. Comparé à la radiographie conventionnelle, cela permet d’améliorer nettement le contraste des images et leur résolution, moyennant la même dose de radiation. Les plus petits objets sont alors plus facilement identifiables.
En savoir plus: Dépister plus précocement le cancer du sein
Août
Le 15 août, un patient de 67 ans atteint d’un cancer de l’œsophage a été traité par protonthérapie. Une première en Suisse. Cette radiothérapie avec des particules chargées positivement s’est déroulée au Centre de protonthérapie du PSI, où l’on traite depuis 1984 des personnes atteintes de différents cancers. Le traitement du patient en question s’est déroulé en collaboration avec l’Hôpital universitaire de Zurich dans le cadre d’une étude clinique européenne. Le but de cette dernière est d’examiner si la protonthérapie est indiquée dans le traitement de ce type de cancer: si c’est le cas, cela permettrait peut-être de réduire les complications pulmonaires, fréquentes avec la radiothérapie classique.
En savoir plus: Première: des protons contre le cancer de l’œsophage
Septembre
Le 30 septembre, à 8 heures, la Source de Lumière Suisse SLS s’est arrêtée. La SLS est l’une des cinq grandes installations de recherche du PSI. Elle restera hors service pour la recherche durant un peu plus d’un an, pendant que l’installation fera l’objet d’une transformation complète: le projet de mise à niveau «SLS 2.0». Une fois améliorée, la SLS sera remise en service en 2025. Elle fournira alors de la lumière de type rayons X encore plus brillante et encore plus concentrée qu’avant. Cela permettra d’analyser simultanément davantage d’échantillons et les quantités de données scientifiques produites en même temps seront plus importantes. Dans de nombreux cas, elles augmenteront d’un facteur 40.
En savoir plus: SLS 2.0: la lumière fait une pause pour les travaux
Octobre
Les scientifiques ont réussi à observer ce qui se passe à l’intérieur d’une batterie lors de la charge et de la décharge. Les rayons X ne traversent par les métaux, contrairement aux neutrons. Les scientifiques du PSI ont tiré parti de cette différence à la source suisse de neutrons de spallation SINQ. Ils ont combiné la spectroscopie neutronique d’imagerie et l’atténuation des neutrons en une nouvelle technique, qui leur a permis de visualiser pour la première fois même les processus rapides, par exemple lorsque l’électrolyte liquide dans la batterie se solidifie à basse température. Leur analyse permet de mieux comprendre certaines modifications physiques et chimiques et de développer des batteries dotées de meilleures propriétés.
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Novembre
Reconvertir des cellules somatiques âgées en cellules jeunes, semblables à des cellules souches: voilà qui ressemble à un rêve. Des scientifiques du PSI l’ont réalisé à l’échelle du laboratoire, sans génie génétique ni produits chimiques, mais grâce à un stimulus purement mécanique des cellules. Ils ont travaillé avec des fibroblastes, qui comptent parmi les cellules des tissus conjonctifs. Ils ont intégré ces derniers dans une sorte de grille de protéines et c’est cette contrainte spatiale dans la grille qui a transformé les fibroblastes en des cellules semblables aux cellules souches. Les scientifiques ont inséré ces cellules reprogrammées dans un modèle de laboratoire de tissu cutané ancien et blessé, et ont réussi à montrer que cela stimulait la cicatrisation des plaies.
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Décembre
En décembre, il a été de nouveau question de lutte contre le cancer, mais cette fois en scrutant les cellules sanguines. Des scientifiques du PSI ont étudié la chromatine que contiennent ces cellules à l’aide de la microscopie par fluorescence. La chromatine est la structure au sein de laquelle l’ADN, ou le génome, est emballé en une espèce de pelote. A l’aide de l’intelligence artificielle, les scientifiques ont évalué quelque 200 caractéristiques de la structure de la chromatine de certaines cellules sanguines. Ils ont pu ainsi différencier, avec une exactitude de 85%, les cellules de dix malades et celles de dix personnes en bonne santé. Cette méthode pourrait contribuer à identifier les tumeurs à un stade très précoce et à surveiller étroitement le traitement du cancer. Deux aspects essentiels pour les chances de succès d’un traitement.
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