LES MARCHÉS DE L`OPTIQUE-PHOTONIQUE

LES MARCHÉS DE L’OPTIQUE-PHOTONIQUE
Santé
Sciences du vivant
LES MARCHÉS DE L’OPTIQUE-PHOTONIQUE
Santé
Sciences du vivant
Depuis trois ans, Opticsvalley, à travers ses animations,
ses publications, son soutien à la création d’entreprises et son
aide au transfert de technologies, contribue à la structuration et
au développement de la biophotonique, définie comme
l’application de l’optique-photonique pour l’analyse ou la
modification d’objets biologiques par nature complexes.
La santé et les sciences du vivant sont ainsi des domaines dans
lesquels de nombreux acteurs appliquent et développent des
instruments optiques à haute valeur ajoutée.
Ce fascicule « Santé et Sciences du vivant » est le quatrième
zoom de la série réalisée par Opticsvalley.
EDITO
Le périmètre des marchés analysés ici est défini par les
applications de l’optique à la santé humaine, à la biophotonique, au biomédical et à la pharmacie.
La santé est elle-même structurée en quatre grands secteurs :
la thérapie, le diagnostic, la réhabilitation et l’industrie pharmaceutique. Chacun de ces secteurs est concerné plus ou moins
directement par les technologies optiques.
Opticsvalley prépare actuellement le dernier des cinq zooms
marchés qui sera consacré au marché des technologies de
l’information et de la communication.
Les entreprises et les laboratoires de recherche de la filière
trouveront dans ce zoom « Santé et Sciences du vivant »,
comme dans celui à venir sur « Les Technologies de
l’information et de la communication », nous l’espérons, une
nouvelle manifestation du soutien opérationnel qu'Opticsvalley
apporte à leur développement.
Jean Jerphagnon
Président d’Opticsvalley
1
1.1
1.2
1.3
1.4
2
SOMMAIRE
2.1
DÉFINITION DU DOMAINE ÉTUDIÉ
ET PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES
Définition du domaine de l’optique appliqué à la santé
Interactions lumière, vivant
Les applications étudiées
Spécificités du domaine
8
8
9
10
12
Aspects réglementaires
Accès au marché
Evolution des marchés
12
13
14
L’OPTIQUE PHOTONIQUE POUR DES APPLICATIONS
THÉRAPEUTIQUES ET CLINIQUES
16
Lasers à application thérapeutique, photothérapie
16
Les données de marché
18
2.3
Outils d’aide opératoire : Microscopie chirurgicale,
éclairage de la scène, caméras
Polymérisation in situ des implants
20
21
3
3.1
3.2
LES APPLICATIONS DIAGNOSTICS
Les applications aux diagnostics in vivo
Les applications aux diagnostics in vitro
22
22
30
Immunologie – cancérologie
Analyse génétique
L’histologie ou cytologie
La virologie – bactériologie
32
34
37
38
4
LES APPLICATIONS À L’AIDE À LA VISION
Correction ophtalmique
Lunetterie et optiques de contact
Aide au diagnostic ophtalmologique
Aide à la vision des mal voyants
39
39
39
40
40
5
LES APPLICATIONS INDUSTRIELLES ET EN R&D
Les applications pour l’industrie pharmaceutique
42
43
Le criblage moléculaire
La spectrométrie
La microscopie
La chromatographie
L’électrophorèse
43
44
44
45
45
6
PRINCIPAUX ACTEURS FRANCILIENS
46
7
SOURCES DE DONNÉES
48
2.2
DÉFINITION DU DOMAINE ÉTUDIÉ ET PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES
1
Définition du domaine étudié
et principales caractéristiques
Depuis plus de deux ans, Opticsvalley, au travers de ses animations et de ses publications, ainsi que au travers du soutien à la
création d’entreprises et au transfert de technologies, contribue
activement à la structuration et au développement de la
biophotonique, définie comme l’application de l’optiquephotonique pour l’analyse ou la modification d’objets biologiques.
1.2 Interactions lumière/vivant
Les interactions entre la lumière et le vivant peuvent prendre
diverses formes qui vont ensuite guider les applications :
Le périmètre de ce fascicule concerne les applications de
l’optique à la santé humaine, à la biophotonique, au secteur
biomédical et à la pharmacie.
- la matière biologique peut être émettrice de lumière sous l’action
d’un stimulus interne, soit dans le domaine du visible
(fluorescence sous l’action d’un mouvement ou d’une différence
de température des micro algues des zones tropicales,
phosphorescence par la luciférase des lucioles ou de certains
poissons des abysses…) soit, pour la quasi-totalité des
organismes vivants, dans le domaine du proche infrarouge,
résultant de l’activité physiologique qui entraîne une hausse de
température de l’organisme
Dans chacun des chapitres, sont d’abord décrits une méthode ou
une technologie puis, dans un second temps, les marchés
internationaux et nationaux.
- la lumière est une source d’énergie pour des applications
thérapeutiques en modifiant les paramètres des tissus, par
exemple en chirurgie ophtalmique et dentaire ainsi qu’en
dermatologie
1.1 Définition du domaine de l’optique
appliqué à la santé
- la matière biologique peut également modifier ou altérer les
propriétés d’une lumière incidente, par effet de phosphorescence ou de fluorescence, avec ou sans modification de la
longueur d’onde
Le domaine de la santé est un domaine vaste qui comprend
4 grandes classes d’applications :
-
La thérapie
Le diagnostic
L’aide à la vision
L’industrie pharmaceutique.
Chacun de ces domaines est concerné plus ou moins
directement par les technologies optiques ou issues de l’optique,
c'est-à-dire par l’usage des ondes électromagnétiques
lumineuses dans le domaine visible, du proche infrarouge ou du
proche ultraviolet.
La source principale des applications réside dans ce qui est
communément appelé la biophotonique, c’est à dire les
interactions entre la lumière et les matériaux biologiques et le vivant.
8
- mais le plus souvent, l’interaction entre la matière biologique et
la lumière utilisera un marqueur, molécule chimique attachée à
une molécule biologique, et dotée de propriétés spécifiques
telles que la luminescence, la fluorescence, la phosphorescence
ou une enzyme générant un changement de couleur d’un milieu
de révélation.
L’observation de la matière vivante fait appel aux technologies
optiques telles que l’imagerie, la photographie, l’observation sous
microscope ou le transfert d’images par endoscopie. L’éclairage
de la scène observée (champ opératoire, observation locale par
endoscopie, observations des marqueurs biologiques…) en
lumière incidente ou directe, faisant appel à un faisceau naturel,
chromatique, laser ou de lumière polarisée, constitue également
un facteur clé de ces technologies.
9
1.3. Les applications étudiées
L’approche utilisée dans ce fascicule est résolument tournée vers
les applications et non vers les techniques. Cette approche nous
a semblé préférable pour tenir compte des particularités des
différentes applications :
- l’aspect réglementaire diffère en fonction de la nature de
l’application, depuis les instruments ou les produits utilisés en
thérapie invasive qui nécessitent des précautions particulières se
traduisant le plus souvent par des autorisations de mise sur le
marché, jusqu’aux applications à caractère industriel qui
n’obéissent qu’à la loi de l’offre et de la demande, sans
contrainte réglementaire
- les marchés de tailles très différentes soutiennent des dépenses
de R&D très variables selon les applications.
Néanmoins, l’étude prend en compte un croisement entre les
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Autres dont QC
•
•
•
•
•
Autres
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•
•
•
•
•
Biocapteurs
•
Analyse génétique
•
Analyse biochimique
•
•
•
Microscopie
•
•
•
•
•
Vivant
appliqué
à l’industrie
Applications industrielles
Screening
•
Mal voyants
•
•
•
•
•
Aide
à la vision
Ophtalmologie
•
•
•
•
In vitro
•
•
•
•
In vitro
Les limites de cette utilisation résident dans l’opacité des tissus
biologiques vivants qui restreignent l’utilisation de ces techniques
à une observation superficielle ou à faible profondeur des organes
concernés. Ce n’est pas le cas des technologies faisant appel aux
ondes électromagnétiques (rayons X, gamma) ou utilisant le
champ magnétique (RMN) qui permettent une exploration interne
des organismes vivants et de leurs organes.
Eclairage
Laser
Optique
Vision
Détection
Photothèrapie
- les marqueurs utilisés peuvent être de très petites molécules, en
général non toxiques, affectant peu les mécanismes biologiques
Diagnostic
Dermatologie
- la longueur d’onde de la lumière permet des observations fines,
microscopiques. Certaines techniques telles que la microscopie
confocale permettent de descendre au niveau de la molécule
- le rendu de l’observation est directement utilisable par l’œil du
spécialiste.
Thérapie
Technologies
Stomatologie
- la lumière n’est pas traumatisante pour les organismes vivants,
sauf à de très fortes intensités (faisceaux lasers par exemple) ;
il s’agit d’outils de diagnostic en général non invasifs
technologies, qui présentent des éléments communs, notamment
au niveau scientifique et technique : ceci conduit à présenter les
applications étudiées au sein de la matrice suivante :
Chirurgie
DÉFINITION DU DOMAINE ÉTUDIÉ ET PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES
De tout temps, les interactions entre la lumière et le vivant ont été
utilisées pour la santé, du fait des propriétés particulières des
interactions :
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
- Les domaines d’application sont ceux mentionnés au
paragraphe 1.1
- Les technologies ont été regroupées par grands thèmes :
• Eclairage, par exemple du champ opératoire, ou pour les
traitements de photothérapie
• Laser que nous distinguons de l’éclairage lorsque l’on fait
appel aux propriétés optiques particulières du faisceau
laser (cohérence, puissance spécifique)
• Eléments optiques
• Vision et Détection, notamment la prise et le traitement
d’image par appareils photos ou caméras ainsi que les
systèmes faisant appel à une chaîne complexe comprenant un capteur et un ensemble associé de traitement du
signal.
Les technologies mises en œuvre connaissent actuellement des
mutations très rapides, notamment sous l’impulsion des
nanotechnologies résultant de la convergence avec les technologies de l’information et des communications, conduisant à une
miniaturisation des équipements et à une augmentation des
performances.
D’autres avancées technologiques ont également un impact
10
11
majeur sur l’évolution du domaine, comme par exemple :
DÉFINITION DU DOMAINE ÉTUDIÉ ET PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES
- l’évolution des technologies laser (lasers bleus, diodes laser
performantes, …)
- les technologies de fibres optiques conduisant à une
augmentation des performances en résolution et en luminosité
tout en permettant une miniaturisation de plus en plus grande
des équipements
- l’optique non linéaire ouvrant le champ de explorations
fonctionnelles par exemple
- la technologie des détecteurs, conduisant à la fois à une
augmentation des performances (sensibilité, sélectivité) et à une
miniaturisation croissante
- les nanotechnologies avec par exemple les nanoparticules
fluorescentes, les biocapteurs ou les « lab-on-a-chip »
miniaturisés dérivés des technologies des composants
électroniques organes.
Chacune de ces phases est soumise à une validation qui prend en
compte les aspects suivants :
- l’efficacité de la méthode proposée (en termes opératoire ou de
diagnostic)
- l’absence d’effets collatéraux ou secondaires observés (risques
d’infections, dommages aux tissus adjacents)
- le taux de succès atteint (pour la thérapie ou le diagnostic).
Ces tests peuvent durer plusieurs années lorsque l’on s’adresse à
des instruments opératoires de chirurgie invasive. Ils conduisent
également à une stricte limitation des matériaux employés, à des
règles restreintes de conception, notamment pour ce qui
concerne la prévention des risques d’infection (capacité de
décontamination), ainsi que la qualité des signaux transmis par les
instruments (fidélité, reproductibilité…) Le domaine de la santé est
très exigeant et ne souffre pas l’improvisation ; il nécessite une
connaissance préalable des règles régissant ce domaine.
1.4 Spécificités du domaine
Aspects réglementaires
Accès au marché
Le domaine de la santé est spécifique du fait de ses implications
sur le vivant, notamment chez l’homme, qui conduisent à une
réglementation contraignante, en particulier pour les outils de
thérapie et de diagnostic. Cette contrainte conduit à exiger pour
les nouveaux produits des autorisations de mise sur le marché
(AMM) pour les médicaments ou un marquage CE pour les
dispositifs médicaux (catégorie où l’on trouve la majorité des outils
de thérapie et diagnostic). Ces autorisations ou labels sont
délivrés à la suite d’une succession de tests progressifs, plus ou
moins poussés suivant l’invasivité du produit et dont le but ultime
est de s’assurer de la sécurité (innocuité et efficacité) du produit :
Dans la plupart des pays européens, l’accès au marché des
instruments et équipements médicaux est réglementé du fait de
l’existence de caisses de sécurité sociales autorisant ou non le
remboursement des actes réalisés par les divers instruments
proposés et fixant un taux de remboursement.
- tests en laboratoire
- phase d’essais pré-cliniques (par exemple sur animaux)
- phase d’essais cliniques.
12
Cette réglementation contraint les fabricants à proposer des
produits réellement innovants proposant soit une diminution
notable du coût de réalisation des actes à prestation identique,
soit en proposant de nouvelles prestations à valeur ajoutée pour
la santé. Dans ce cas, l’inscription à la nomenclature, qui ouvre la
porte aux débouchés de masse, peut demander plusieurs mois
ou plusieurs années en fonction du degré d’innovation, les caisses
d’assurance maladie souffrant dans la plupart des pays
européens de déficits chroniques et étant réticentes à inscrire de
nouveaux actes à la nomenclature.
13
DÉFINITION DU DOMAINE ÉTUDIÉ ET PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES
Evolution du marché
Le marché mondial des dispositifs médicaux est estimé à
200 milliards de dollars en 2003, l’Europe étant le second pôle
mondial, derrière les Etats-Unis qui en détiennent 45 % . Le marché européen est de 54,8 milliards d’euros avec 27 % de part de
marché. Sur les 9 345 fabricants de dispositifs médicaux présents
en Europe, plus de 80 % sont des PME. La France, le RoyaumeUni, la Suède l’Allemagne et l’Espagne réunissent les deux tiers de
tous les fabricants européens. La France représentant 4 % du
marché mondial des technologies médicales, correspondant à
une valeur de marché de 7,4 milliards d’euros.
Selon une étude française publiée par Opticsvalley en 2003, le
marché de la biophotonique serait de 8 milliards d’euros à
l’échéance de 2005. Mais ces estimations sont très difficiles à
opérer puisque par définition, l’optique-photonique ne correspond
qu’à une quote-part d’un marché évalué et segmenté suivant ses
applications et non ses technologies. Il est certain que les
marchés de l’optique photonique appliqués au domaine de la
santé sont en pleine croissance sous l’impulsion de divers
facteurs :
• La croissance générale estimée à 6 % par an du marché de
l’instrumentation médicale portée par :
- une demande de soins croissante dans le monde du fait de
la démographie (vieillissement de la population, augmentation générale du niveau de vie)
- une demande de diagnostic croissante car elle constitue un
moyen de réduire les dépenses de santé en réduisant le
coût des actes inutiles : la biophotonique est largement
concentrée sur ce domaine
- les avancées des technologies de l’information et de la
communication en médecine.
• Les évolutions des techniques de diagnostic et de soins portées
par :
- Le recours de plus en plus important aux technologies non
invasives
Informatique
et télémédecine
1%
Quantification
(laboratoire)
17 %
Exploration
fonctionnelle
3%
Divers 3 %
Biomatériaux,
prothèses
10 %
Traitement, matériel
chirurgical
31 %
Optique,
ophtalmologie
17 %
Imagerie
médicale
13 %
Segmentation du marché français des technologies médicales
(étude DMS actualisée, site du SNITEM, 2004)
- La croissance de la génomique depuis la description
complète du génome humain en 2001
- l’importance croissante de la protéogénomique (couplage
de la génétique et de l’ingénierie des protéines) nécessitant
des instruments d’analyse fins que bien souvent seule la
bio photonique peut apporter
- la miniaturisation des équipements, mentionnées cidessus, conduisant à l’ouverture de nouveaux champs
d’applications (chirurgie non invasive par télé endoscopie
par exemple)
- la croissance des « home care devices » utilisables par les
patients (pour le dosage du glucose ou le monitoring du
risque cardiovasculaire par exemple).
14
Urgence,
matériel
mobile
5%
15
L’OPTIQUE PHOTONIQUE POUR DES APPLICATIONS THÉRAPEUTIQUES ET CLINIQUES
2
L’optique photonique pour des applications
thérapeutiques et cliniques
Le laser a trouvé sa place dans des domaines de la médecine
aussi divers que l’ophtalmologie, la gynécologie, la dermatologie
et chirurgie plastique, l’urologie, la gastro-entérologie,
l’odonto-stomatologie, l’angioplastie, l’ORL, la chirurgie digestive,
la neurochirurgie, l’orthopédie, la rhumatologie et la pneumologie.
2.1 Lasers à application thérapeutique,
photothérapie
Les technologies laser ont connu depuis longtemps un succès
dans des applications médicales.
Le plus important marché concerne les systèmes laser médicaux
avec quatre segments que sont les applications chirurgicales, les
applications ophtalmiques, le diagnostic et les applications
thérapeutiques.
12 %
4%
chirurgie
49 %
ophtalmologie
diagnostic
35 %
thérapeutique
(Source : Spectrum Consulting, Dec 2001)
Les lasers biomédicaux utilisent les caractéristiques uniques de la
lumière laser pour mettre en œuvre des traitements thérapeutiques précis et efficaces. La large gamme de lasers (couleur,
fréquence, durée des impulsions, puissance et intensité) permet
d’adapter les traitements en fonction des cibles thérapeutiques.
La chirurgie laser associe aux effets de l’interaction lumièrematériau, propre à la biologie, les effets thermiques et thermomécaniques des lasers de puissance. Les outils laser sont de plus
en plus performants, petits, simples et faciles d’emploi. Les
dispositifs de transfert du faisceau, à miroir ou à fibres optiques,
sont de plus en plus « médicalisés » (par exemple en permettant
leur stérilisation).
16
Les technologies optiques concernées se situent au niveau des
sources lumineuses utilisées : lasers à gaz, à l’état solide ou à
semi-conducteurs (applications à basse puissance), diodes
électroluminescentes (LED), aux lampes et à l’utilisation de fibres
optiques pour le guidage des lasers eux-mêmes (photothérapie
dynamique ciblée de tumeurs).
Une des avancées les plus marquantes de la chirurgie laser
repose sur la chirurgie non invasive, qui utilise des fibres optiques
pour intervenir à l’intérieur du corps en utilisant les voies
naturelles. Depuis les premières applications en ophtalmologie
pour le décollement de la rétine, les techniques de chirurgie laser
se diversifient pour s’adapter à un plus grand nombre de
pathologies.
Les pistes d’innovations sont nombreuses :
- les prochaines générations de lasers médicaux auront des
gammes spectrale, énergétique et temporelle encore élargies
- on verra se développer le « LED array » biocompatible,
sensiblement moins coûteux que les sources laser
- on assistera à des développements liés à la photonique
moléculaire, pour la mise en œuvre de techniques d’observation
actives, couplant l’observation et l’action
- les chercheurs exploiteront mieux les phénomènes d’autofluorescence des tissus, permettant de se libérer de l’étape de
marquage.
Dans le futur, on assistera au développement des nanolasers pour
la détection de pathologies et en microchirugie. De nombreux
exemples témoignent de ce foisonnement dont le résultat sera le
développement parallèle de l’offre de produits et du marché.
Les témoignages de cette effervescence académique sont
nombreux. A Boston, des chercheurs ont développé une technologie de nanochirurgie cellulaire basée sur le laser pulsé en
combinant des nanolasers et des micropuces. En Californie, des
chercheurs académiques ont développé une nanocaméra
équipée en OCT (Optical Coherence Tomography) afin de détecter
et traiter des cellules cancéreuses in vivo. Leurs homologues
européens et asiatiques sont aussi très productifs en concepts
prometteurs. Les lasers de cohérence pourraient par exemple
devenir des éléments clés pour aider à la réparation tissulaire.
17
L’OPTIQUE PHOTONIQUE POUR DES APPLICATIONS THÉRAPEUTIQUES ET CLINIQUES
La photothérapie
La photothérapie dynamique (PhotoDynamic Therapy ou PDT) est
l’un des domaines du laser biomédical qui connaît le plus grand
nombre de développements. Cette photochimiothérapie induit la
destruction des cellules ou des tissus ciblés.
Elle trouve ses principales indications cliniques dans la dermatologie (kératoses actiniques ou solaires), l’ophtalmologie (dégénérescence maculaire liée à l’âge - DMLA) et la cancérologie.
Certaines applications très spécifiques demandent encore à être
développées, pour le marché de l’endovasculaire ou l’identification et le traitement de maladies à leur stade le plus précoce.
Le choix de la longueur d’onde de la source lumineuse dépend de
la profondeur de pénétration de la lumière dans le tissu cible et de
son efficacité pour l’activation due l’agent photosensibilisant
choisi.
La lumière bleue, ne pénétrant pas profondément dans les tissus,
sera préférée pour le traitement de lésions superficielles, étant de
plus un puissant activateur de photosensibilisants. Pénétrant plus
profondément dans la peau, la lumière rouge est privilégiée pour
le traitement de cancers dans des tissus profonds.
La photothérapie dynamique ne traite aujourd’hui qu’un pour cent
de l’ensemble des cancers, mais cette technique a des taux
d’efficacité variables selon les cancers traités. Dans ce domaine,
les efforts portent plus sur le développement de photosensibilisants innovants que sur les technologies optiques elles-mêmes
(autofluorescence) ; la chimiothérapie représentant 50 % du coût
total du traitement d’un cancer, la part des consommables y est
prépondérante.
Le marché mondial des lasers chirurgicaux, essentiellement
utilisés pour des applications esthétiques ou réparatrices, semble
aujourd’hui presque saturé même si quelque 8 800 systèmes
devraient être vendus au cours de l’année 2004.
Le marché mondial du laser pour des applications ophtalmiques
(incluant aussi bien la chirurgie réfractive et la photocoagulation
rétinienne) devait être de quelque 6 000 unités en 2004
(466 millions de dollars) en augmentation de 8 % par rapport à
l’année précédente.
En 2003, le marché médical des diodes laser de forte puissance
a connu une croissance de 32 % atteignant 48 millions d’euros.
Cette croissance est essentiellement due au développement de
l’épilation. Pour les seuls soins dentaires et l’ophtalmologie
(notamment pour la photocoagulation rétinienne), il n’est encore
que de 10 millions mais avec une croissance annoncée pour 2004
de 15 %.
Dans le domaine des lasers médicaux, la conjoncture difficile de la
dernière période a été à l’origine de la dévalorisation, voire de la
disparition, de sociétés spécialisées qui avaient développé des
technologies trop spécifiques, trop onéreuses, pour des marchés
trop étroits et notoirement surestimés.
Les prix des systèmes devraient continuer à baisser dans le futur,
l’offre à venir ne mettant sans doute pas en avant le laser ou le
dispositif photonique en tant que tel mais comme partie intégrante
d’un système, à l’instar des LEDs.
90
80
70
60
50
Les données de marché
40
30
Dans une conjoncture maussade en 2003, le marché mondial des
systèmes laser médicaux est revenu à 2 milliards de dollars, les
deux tiers de cette valeur représentant des matériels vendus aux
Etats-Unis. Depuis 2000, le marché a baissé de 12 % . Selon la
dernière livraison de Laser Focus World, les acteurs majeurs ont
également souffert en 2003 d’une baisse du marché de 2 % dans
lequel les prix ont très sensiblement baissé.
18
20
10
0
2000
2001
2002
2003
Marché du laser pour l’instrumentation en millions de dollars
(Source : Laser Focus World, 2004)
19
2004
L’OPTIQUE PHOTONIQUE POUR DES APPLICATIONS THÉRAPEUTIQUES ET CLINIQUES
Dans un délai très court de deux à trois ans, les lasers bleus
devraient remplacer les lasers argon ; même si cette tendance est
clairement amorcée, le faisceau des diodes laser est encore trop
dispersif pour donner une image à haute résolution. Les fabricants
annoncent des améliorations très prochaines pour des lasers
bleus qui ont déjà trouvé la niche des cytomètres portables.
utilisés en recherche biotechnologique où l’on procède à des
manipulations très délicates d’organismes sensibles.
2.2 Outils d’aide opératoire : microscopie
chirurgicale, éclairage de la scène, caméras
Eclairage de scènes et caméras
Le chirurgien fait régulièrement appel à des dispositifs optiques
pour simplement éclairer ou filmer son champ opératoire ou
l’assister dans ses interventions (endoscopie et microscopie).
Microscopie chirurgicale
Un des développement récents concerne la microscopie
confocale à balayage laser in vivo dans les lésions pigmentées
bénignes et malignes. À l'heure actuelle, le seul moyen de
diagnostiquer un cancer de la peau est d'enlever la lésion en
partie ou en totalité. Ce mode opératoire peut entraîner l'ablation
inutile de certaines lésions ou, au contraire, la non-exérèse d'une
lésion cancéreuse. Les scientifiques tentent donc de mettre au
point des techniques non invasives qui facilitent le diagnostic
précoce. Le microscope confocal au laser permet de visualiser
des tissus vivants à l'échelon cellulaire.
Tout comme un appareil d'IRM (Imagerie par Résonance
Magnétique) ou un tomodensitomètre (« scanner ») captent les
structures anatomiques macroscopiques, le microscope confocal
permet d'obtenir in vivo, de façon rapide et non invasive, des
images de la peau humaine montrant le détail de la morphologie
cellulaire et nucléaire. Cette technologie est une véritable
« fenêtre » ouverte sur les tissus vivants et permet un examen
pathologique non invasif des tissus. Grâce au laser, on pourra
sans doute bientôt diagnostiquer un cancer sans passer par la
biopsie.
Le marché de la microscopie est aujourd’hui dominée par les
acteurs japonais et allemands, soit par ordre d’importance Nikon,
Zeiss, Olympus et Leica . D’autres acteurs peuvent être cités
comme Bio-Rad Microscopy Labs., Inc. ou Hamamatsu
Photonics KK.
L’éclairage de la scène est un élément essentiel du confort et de
la sécurité du geste chirurgical, du scialytique à la diode. Ce qui
était encore confidentiel hier est devenu aujourd’hui un fait
généralisé. On assiste à une convergence entre les fonctions
d’éclairage de scène et de vision/mémorisation des actes
chirurgicaux. Le succès commercial de ces nouveaux types
d’appareils s’inscrit dans la tendance générale à la numérisation
des résultats des actes chirurgicaux comme de diagnostic à des
fins d’efficacité technique et, de moins en moins secondairement,
juridique.
2.3 Polymérisation in situ des implants
Pour mémoire, citons ici les techniques de photopolymérisation
utilisées en dentisterie qui entrent dans le champ des techniques
biophotoniques.
Un second développement concerne l’émergence de la stéréomicroscopie qui est incontournable dès lors que l’appréciation de
la profondeur et du contraste deviennent des éléments essentiels
du diagnostic ou du traitement. Ces instruments sont également
20
21
LES APPLICATIONS DIAGNOSTIQUES
3
Les applications diagnostics
Les technologies diagnostics pour des applications médicales
sont devenues classiques et les barrières d’entrée sont plus
d’ordre culturel, liés à l’acceptation de l’outil d’imagerie par les
laboratoires d’anatomo-pathologie.
Le domaine de l’ophtalmologie s’est aujourd’hui instrumentalisé
mais de nombreuses années ont été nécessaires pour arriver aux
taux élevés d’équipement actuels. Pour la détection précoce de
mélanomes, les cabinets de dermatologie suivront-ils ce même
exemple ?
3.1 Les applications aux diagnostics in vivo
L’imagerie médicale comprend trois approches techniques :
la transmission, l’émission et la réflexion. Seules les techniques
utilisant l’optique nous intéressent ici.
D’après une étude très récente, le marché global de l’équipement
en imagerie médicale (incluant les ultra-sons, scanners, IRM et
Rayons X) était de 19,9 milliards de dollars en 2003 et devrait
atteindre 26,2 milliards en 2007. Rappelons que l’imagerie
optique ne correspond qu’à une partie de ce marché.
L’endoscopie
L’endoscope est un dispositif optique qui permet d’inspecter
l’intérieur de cavités ou des organes. L’appareil étant introduit par
une ouverture naturelle, on considère généralement cette
technique comme non-invasive. Par l’endoscopie, on amène l’optique sur l’organe, se plaçant au niveau cellulaire.
Même si les endoscopes ont considérablement amélioré la
précision du diagnostic et de l’acte chirurgical, il reste que les
utilisateurs connaissent leurs défauts : scintillement de l’image et
médiocre qualité de l’image induisant une fatigue oculaire de
l’opérateur.
Au Royaume-Uni, des recherches académiques aboutissent
actuellement à des licences pour la fabrication d’endoscopes
stéréoscopiques qui pallient ces inconvénients, avec une interface
de visualisation qui peut se porter sur des lunettes de chirurgien.
Les applications les plus porteuses concernent l’orthopédie et
l’ophtalmologie.
22
En cours de développement, l’utilisation des endoscopes à des
fins thérapeutiques est séduisante ; portables, d’usage aisé, leur
pénétration du segment des cabinets de ville est envisagée.
En dermatologie, la technique pouvant éviter de pratiquer des
biopsies dont les résultats sont toujours trop longs à venir, la
sécurité exigée de ce type de matériel implique des études et
investissements importants pour les fiabiliser, induisant un prix
dépassant très largement les habitudes culturelles des praticiens
concernés.
Les évolutions technologiques en cours permettent la visualisation
d’éléments sub-cellulaires avec l’utilisation de micro-endoscopes
portant micro-lentilles. Lucent Technologies R&D a ainsi
développé des endoscopes multiphotons réalisant des images de
neurones et dendrites, marqués à la fluorescence. Plus
récemment encore, une PME francilienne, Mauna Kea
Technolologie, a développé des fibres de microscopie confocale
permettant d’obtenir, en réflectance ou fluorescence, des images
in vivo de cellules de microvaisseaux.
Les données du marché
Le marché du laser pour les instruments de recherche biologique
devrait croître sensiblement dans les années à venir, poussé par le
remplacement des lasers à argon par des lasers à semiconducteurs bleus. Ce marché concerne la cytométrie ou le
séquençage d’ADN, la spectroscopie Raman, la spectrofluorémétrie, l’ablation mais aussi les microsocopes laser. Selon Laser
Focus World, si la valeur de ce marché a plus que doublé entre
2000 et 2004 (passant de 36 à 80 millions de dollars), le nombre
de systèmes vendus a légèrement diminué passant dans la même
période de 40 à 38 millions.
Le marché du laser pour l’instrumentation connaît une explosion
pour les domaines de la génomique, la protéomique et la
découverte de nouveaux médicaments tandis que les lasers à
diodes ou LED se développent dans l’imagerie pour le diagnostic
optique et la détection des cancers.
En Europe, le marché est mature, les techniques de chirurgie
« mini-invasives » étant aujourd’hui bien acceptées. Les
endoscopes rigides représentent encore un domaine clinique où
des anciens acteurs comme de nouveaux entrants luttent pour
quelques parts de marché, entraînant une baisse de prix régulière.
23
LES APPLICATIONS DIAGNOSTIQUES
Laparoscopie
Urologie
Gynécologie
Pédiatrie néonatale
(ENT)
Arthroscopie
Neuroendoscopie
Maturité
Pathologie
Taille du
marché
Les différents segments de marché de l’endoscopie rigide sont les
suivants :
+++
++
++
+
+++
+
+
+
+
++
+
Croissance
+/-
+
++ (grâce à des technologies émergentes)
++ (grâce à des technologies émergentes)
+/- (faible natalité mais nouvelles
techniques en développement)
++ (vieillissement de la population et
mise au point de nouvelles procédures
pour traiter des zones difficiles comme
l’épaule ou la cheville - aujourd’hui 70 %
des procédures restent dédiées au genou)
+++
Selon différentes sources convergentes, le marché américain en
2003 aurait été de 1,9 milliard de dollars.
Marché américain de l’endoscopie
(millions de $)
Segment
2002
2007
Taux de croissance
2002/2007
Urologie
600
900
9,4 %
Arthroscopie
660
830
NC
NC
Segment à plus
forte croissance
1.500
4%
Pédiatrie néonatale (ENT) 30
et bronchoscopie
(données 2001)
Laparoscopie
1.000
La tomographie et tomodensitométrie
La Tomographie Optique Cohérente (« Optical Coherence
Tomography » ou OCT) s’est maintenant imposée comme une
nouvelle modalité d’imagerie, non invasive et non destructive, qui
permet de réaliser des images en profondeur à l’intérieur des
tissus organiques et biologiques. Les structures imagées ont une
résolution très importante, de l’ordre de la dizaine de micromètres
(voire moins). Utilisant des techniques interférométriques, l’OCT
se base en général sur les interféromètres de Michelson. Par
analogie à l’imagerie ultrasons qui utilise un signal acoustique,
l’OCT exploite la lumière infrarouge.
Par une approche basée sur le « marquage » de la trajectoire des
photons par un champ ultrasonore focalisé, la tomographie
acousto-optique apporte des informations complémentaires à
d’autres techniques. Elle répond à la difficulté d’observation
rencontrée dans les tissus hétérogènes et diffusants (par exemple
dans le cas de tumeurs du sein). Basée sur l’échographie, elle
utilise les ultrasons pour la résolution couplés à la lumière qui
apporte le contraste optique et permet une résolution de 1 mm
pour une profondeur de quelques centimètres.
L’OCT est parfois un support supplémentaire à certaines biopsies
peu fiables. Des techniques de microchirurgie, cardiovasculaires
notamment, assistées par OCT se développent et permettent de
prévenir les blessures causées par le chirurgien. Imalux est leader
mondial sur ce marché suivi par Carl Zeiss et Light Lab Imaging.
L’imagerie optique et la spectroscopie associée correspondent
précisément à l’utilisation des technologies biophotoniques. Les
principales modalités sont la tomographie optique cohérente,
l’imagerie par fluorescence (utilisation privilégiée de sondes dans
le proche infrarouge, la lumière correspondante pénétrant de
plusieurs centimètres dans les tissus) ou par luminescence et
l’imagerie infrarouge.
Les principaux acteurs sont Olympus (70 % du marché mondial),
Karl Storz, Richard Wolf, Smith & Nephew, Fujinon, le japonais
Pentax Precision Instrument et encore Stryker Corp Circon
Corp-ACMI ou Vision Sciences.
Le photodiagnostic
Les autres acteurs se situent essentiellement en Amérique du
Nord et en Asie ; citons Acueity, American Medical Endoscopy,
Clarus Medical Systems, Complete-Endo, EndoBasic, EndoLap,
FiberTech ES Medical Equipment, MDS Inc ou Medicus Maximus.
Notons qu’à l’exception de Thales, l’industrie française est
absente de la scène.
Le photodiagnostic repose essentiellement sur le développement
de nouveaux outils de diagnostic, utilisant la lumière comme
support de l'information. Les applications médicales du diagnostic
optique présentent des avantages, par rapport aux méthodes de
diagnostic classiques, liées à la nature non ionisante de la lumière
et au caractère non invasif de la mesure. La faible énergie
lumineuse requise n’entraîne aucune modification structurelle ou
24
25
fonctionnelle des tissus explorés. Le suivi médical de longue
durée est donc sans danger pour le patient.
En plus des techniques qui reposent sur l’imagerie, comme la
microscopie confocale, la spectroscopie de fluorescence résolue
dans le temps, la tomographie optique cohérente et l’endoscopie,
déjà évoqués précédemment, ce segment regroupe
principalement :
LES APPLICATIONS DIAGNOSTIQUES
- le photodiagnostic par oxymétrie infrarouge pour la mesure du
taux d’oxygène dans le sang et les tissus qui utilise des sources
lasers à semi-conducteur peu coûteuses
- des oxymètres cutanés qui sont couramment utilisés pour
mesurer le pouls ou le taux d’oxygène dans le sang. Sur le
marché, on trouve des dispositifs peu onéreux qui effectuent
cette mesure sur le doigt
- la fluorescence induite par laser pour l’analyse de tissus qui est
en émergence, surtout aux Etats-Unis.
Les perspectives de développement pour l’imagerie
tissulaire, cellulaire, voire moléculaire
La photonique va sans doute entrer en concurrence sur ce
marché de l’imagerie médicale avec les technologies traditionnelles : le signal optique fournit une information unique et valide de
la physiologie qui ne peut être obtenue par aucune approche
radiologique.
L’imagerie basée sur la photonique est caractérisée par
l’interaction lumière-tissu, cela incluant les fonctionnements par
cohérence, (tomographie optique par cohérence) ou des
fonctionnements par diffusion (mammographie optique et
imagerie de volumes sanguins). L’OCT aurait déjà établi une niche
de marché solide en ophtalmologie et en imagerie.
L’incorporation de photonique dans les équipements (endoscopie
avec spectroscopie) ne demandera que des adaptations technologiques mineures, rapidement commercialisables si leurs promoteurs parviennent à convaincre de leur efficacité. Il faudra faire
adhérer les cliniciens à ces nouveaux concepts et réaliser des
études cliniques multicentriques en se comparant aux technologies conventionnelles. Les technologies optiques doivent être
complémentaires des techniques conventionnelles non venir en
substitution.
26
Avec ces techniques optiques, on ne recueille que des images de
quelques centimètres, sur une partie restreinte du corps, en
comparaison des techniques superficielles corps entier telles que
l’IRM, les ultra-sons ou les scanners. Si l’on doit pénétrer dans le
corps pour améliorer le diagnostic, il faut les coupler avec l’endoscopie. Etant donné que l’on a atteint le maximum d’intensité
lumineuse et la résolution maximum à un centimètre, des
développements sont en cours visant à l’exploitation informatique
de la durée de vie des signaux qui pourraient renseigner sur
certaines densités tissulaires.
Les techniques de spectroscopie non-invasives ont un énorme
potentiel commercial et un nombre conséquent de programmes
R&D sont en cours mais leur potentialité sera limitée tant que la
chimie ne sera pas améliorée. En effet, l’apport de l’optique étant
proche de son maximum, le facteur limitant est la mise à disposition de marqueurs chimiques que l’on pourra tracer par cette
technique. Des équipes, notamment françaises, travaillent à
stabiliser ces marqueur avec pour stratégie de mettre au point des
molécules facilement intégrées aux structures physiologiques
(lipides ou protéines de membranes par exemple). L’écueil est que
l’on change de statut réglementaire ; entrant avec l’utilisation de
marqueurs dans le domaine de l’invasif , la loi Huriet oblige à des
essais cliniques d’évaluation de la sécurité toxicologique de ces
produits. Une autre voie envisagée consiste en des modifications
mineures des marqueurs existants, une amélioration simple,
permettant de reprendre les données de toxicologie.
D’autres avancées dans l’imagerie concernent par exemple des
applications en cancérologie, pour lesquelles on pourrait presque
parler d’imagerie thérapeutique avec les travaux d’une équipe du
CEA qui a mis au point des agents de contraste qui outre la localisation de la tumeur permettent de la traiter en agissant comme
médicaments antitumoraux.
Autre exemple d’avancées prometteuses, la mise sur le marché
d’un système d’imagerie optique moléculaire préclinique appelé
SAMI en juin 2003 par la société canadienne ART dont le prix est
de l’ordre de 25.000 euros ; il est utilisé en R&D pour la mise au
point de nouveaux agents thérapeutiques ou diagnostics ; il utilise des sources laser spécifiques et des détecteurs sensibles pour
fournir des images des tissus in vivo.
27
En synthèse, les zones critiques de développement dans
l’imagerie optique biomédicale sont les suivantes :
- l’imagerie de fluorescence/phosphorence
- le microscopie multiphonique
- le Fluorescence Lifetime Imaging (ex : SAMI)
- la Tomographie Optique de Cohérence (OCT)
- la Tomographie Optique de Diffusion
- la tomographie optoacoustique et la tomographie optique
modulée par les ultrasons par la combinaison synergique de la
lumière et de l’ultrason.
INTERVIEW
LES APPLICATIONS DIAGNOSTIQUES
Enfin, notons que la tendance générale est à l’analyse multiparamétrique.
Interview de
Bernard Querleux
Connaissances
Physiques, Recherche
avancée-Sciences
de la Matière, Direction
Générale Recherche
et Développement,
L’OREAL
l’expertise à acquérir pour une utilisation optimale d’équipements de
plus en plus complexes, et dont les améliorations sont encore
permanentes. Devant ces difficultés, de grands groupes comme
L’Oréal envisagent de plus en plus souvent de collaborer et de recourir
à l’expertise extérieure avec les meilleurs spécialistes où qu’ils soient
dans le monde, afin de s’assurer d’une utilisation optimale de ces
outils. Les équipes universitaires manquent parfois de ressources
pour assurer à la fois leurs recherches fondamentales et ces prestations. Pourquoi ne pas envisager la mise en place d’une offre de plateformes techniques multi-modalités, comme par exemple d’imagerie
de haute technologie ? Ces structures intermédiaires entre les laboratoires académiques et les laboratoires de recherche privée, possédant les infrastructures d’accueil nécessaires pour les études cliniques chez l’homme pourraient être une vraie solution aux besoins
de plus en plus spécifiques des industriels, en permettant une
utilisation très rapide de ces nouvelles technologies biophotoniques,
non facilement accessibles.
Besoin de plateformes dédiées
Les méthodes bio-instrumentales prennent leur place au sein des
laboratoires du groupe L’Oréal dans deux domaines principaux :
l’amélioration de nos connaissances sur la peau et le cheveu,
substrats sur lesquels nous déposons nos produits, et l’étude de
l’efficacité de nos produits et molécules, les études étant menées
d’abord in vitro puis dans un stade final in vivo chez l’homme.
Parmi ces méthodes instrumentales, la place de l’optique est
grandissante : citons l’imagerie morphologique locale au niveau
microscopique pour sonder la peau et les cheveux qui sont des
matériaux opaques, ou plus simplement l’analyse de la lumière
rétrodiffusée d’un visage, lors de la conception de produits
cosmétiques, pour lesquels des effets optiques de plus en plus
sophistiqués sont recherchés (iridescence des produits de
maquillage, diffusion augmentée de la lumière par les pigments
minéraux des filtres solaires…).
Récemment, sont apparues comme une vraie révolution, les
techniques d’imagerie de haute résolution permettant une
observation au niveau cellulaire et moléculaire in vivo. Ces méthodes
ne sont pas sans poser des problèmes, non seulement en termes de
coûts (ces équipements de plus en plus sophistiqués sont très
onéreux et interrogent sur la pertinence de l’achat), mais aussi sur
28
Le marché de l’imagerie moléculaire est en forte croissance et
devrait atteindre quelques 45 milliards de dollars à l’horizon 2014.
Parmi les principaux acteurs du domaine de l’imagerie
moléculaire, il faut notamment citer ABX, ART, Bioscan, Cytogen,
GammaMedica, GE Medical Systems, Siemens Medical Systems,
Schering Mallinckrodt.
Le marché de l’instrumentation pour l’imagerie médicale à
l’échelle tissulaire est hautement compétitif, en forte croissance, et
dominé par des « géants » : General Electric Medical Systems,
Philips, Siemens, Toshiba, puis viennent Picker, Instrumentarium,
Hologic, Agfa, Kodak, Howtek.
Après avoir acheté Instrumentarium pour 2,3 milliards de dollars,
GE a déboursé 9,5 autres milliards pour acheter Amersham en
octobre 2003 ; la nouvelle entité appelée GE Healthcare
Technologies réalise un chiffre d’affaires de 13 milliards de dollars
et devient le leader incontesté du marché de l’équipement médical
devant Siemens (7,6 milliards €) et Philips (6,8 milliards €).
Souhaitant devenir le leader mondial de l’imagerie où il réalise déjà
20 % de son chiffre d’affaires, Kodak a également enchaîné les
acquisitions en 2003 (Imation, Lumisys, Mira Medica).
29
3.2 Les applications aux diagnostics in vitro
LES APPLICATIONS DIAGNOSTIQUES
Le diagnostic in vitro couvre toutes les applications d’analyses
opérées sur des prélèvements sur l’homme.
Ce domaine recouvre plusieurs applications en fonction de la
nature des prélèvements et du diagnostic effectué :
- Hématologie consistant en l’analyse des constituants du sang
- Immunologie – cancérologie consistant en la recherche de
protéines ou d’hormones, généralement dans le sang ou plus
rarement dans les urines
- Génétique réalisée par l’analyse de l’ADN présent dans les
cellules
- Histologie ou cytologie, qui consiste en l’étude des cellules de
tissus prélevés
- Virologie - bactériologie qui s’adresse à la recherche des agents
infectieux ou pathogènes, généralement dans des prélèvements
sanguins.
Le diagnostic ophtalmologique, compte tenu de ses particularités,
est développé plus bas.
Les analyses in vitro sont le plus souvent réalisées dans des
laboratoires d’analyse médicale de ville ou hospitaliers. Les « bed
tests » ou « home tests » permettant d’effectuer le diagnostic
directement au lit du malade ou chez soi se développent.
Par ailleurs, la frontière entre analyse in vitro et in vivo s’estompe,
certains dispositifs récents permettant d’effectuer des analyses
sans prélèvement, par une méthode invasive ou non. C’est le cas
pour le dosage du glucose qui peut être réalisé par voie
transdermique à l’aide d’appareillages du type Glucowatch
proposé par la société Cygnus.
Dans de nombreux cas, l’automatisation des analyses conduit à
la réalisation d’appareils complexes mais les techniques
analytiques de laboratoire continuent à être utilisées pour
certaines analyses rares ou nécessitant une expertise particulière.
Les laboratoires d’analyses médicales sont équipés également
d’appareillages d’analyse standards (spectrophotomètres,
chromatographes, Ph-mètres…).
En France, le marché des diagnostics in vitro a été estimé en 2003
à 1,327 milliard d’euros, en progression de 7,5 % par rapport à
2002 ; 1,1 milliard d’euros pour les seuls réactifs et 227 millions
pour les instruments eux-mêmes.
30
Hématologie
L’hématologie consiste en l’analyse des cellules sanguines.
L’analyse la plus courante reste la numération globulaire et la
colorimétrie cellulaire permet également de renseigner sur le taux
d’hémoglobine dans le sang.
Ces analyses sont effectuées dans des automates qui intègrent
de manière plus ou moins large les différentes fonctions sur un
seul prélèvement : comptage de cellules, temps de coagulation ou
reconnaissance des anticorps spécifiques du sang. A titre
d’exemple, certains appareillages peuvent mesurer plus de
quarante-cinq paramètres en automatique sur un seul échantillon
de 30 à 150 µl.
Les composants optiques sont intégrés à ces automates. Il s’agit
principalement de :
- cytomètres de flux utilisant un comptage par laser
- mesure par colorimétrie sous balayage optique conventionnel
ou laser
- mesure d’état de surface par réflexion sous incidence d’un
faisceau laser (light scattering effect)
- mesure de cellules à partir de marqueurs fluorescents.
Ce marché est mature et relativement stable. La taille du marché
est cependant difficile à cerner, certains appareillages réalisant
également des tests immunologiques ou cytologiques. Le marché
le plus important est celui des réactifs de laboratoire : dans
certains cas, les fabricants n’hésitent pas à mettre gratuitement à
disposition les analyseurs pour pouvoir vendre ensuite de façon
récurrente les consommables.
Le leader sur le marché est l’américain Coulter. Abbott, le leader
en diagnostic immunologique, ABX (Groupe Horiba), Bayer ou
Boeringher Mannhein sont également très présents.
Les évolutions attendues concernent maintenant l’amélioration de
la fiabilité des analyses pour éviter les examens complémentaires
manuels en cas de doute. Ceci nécessitera de prendre en compte
la variété de la forme des cellules sanguines dans les analyses
automatiques.
31
Immunologie - cancérologie
L’immunologie, étendue à la cancérologie consiste à doser des
anticorps ou antigènes présents dans le sang ou les urines à l’aide
d’anti-corps marqués dirigés contres ces protéines.
LES APPLICATIONS DIAGNOSTIQUES
Les premières techniques de dosage, apparues dans les années
60, ont fait appel à des traceurs radioactifs (méthode RIA, encore
en usage). Au cours des années 80 sont apparues différentes
méthodes de dosage non radioactif, faisant toutes appel à des
méthodes de lecture optique. Il s’agit de :
- l’enzymo immunologie consistant à mesurer la quantité
d’antigènes détectés à l’aide de marqueurs enzymatiques, dont
le niveau de concentration altère la couleur d’un réactif de
révélation. La méthode de comptage est alors un spectrophotomètre à transmission simple
- la méthode de dosage par fluorescence – FIA - utilise un
marqueur fluorescent attaché à l’anticorps ; sa concentration est
ensuite mesurée à l’aide d’un lecteur optique disposant d’une
source lumineuse classique ou à laser. Le traceur fluorescent
peut être attaché à l’anticorps – fluorescence directe – ou
résulter de l’action d’une enzyme comme dans le cas précédent
où la fluorescence remplace la colorimétrie en rendant la
méthode plus robuste et sensible
- l’utilisation de marqueurs luminescents conduit à mesurer la
concentration d’anticorps par l’intensité lumineuse de
l’échantillon après lavage et réaction avec l’additif chimique
déclenchant la réaction
- enfin, il est possible de recourir à des méthodes sans séparation
de phase utilisant la technologie de la fluorescence retardée
dans le temps (Homogonous FIA).
Toutes ces techniques utilisent des échantillons sanguins de
l’ordre de 30 à 50 µl par paramètre mesuré.
Les méthodes, largement manuelles jusque dans les années 90,
se sont ensuite rapidement automatisées. Les automates
comprennent une partie de préparation des échantillons et la
cellule de lecture, à composants optiques. Ces composants sont
relativement standards (photomultiplicateurs à haute sensibilité,
sources d’éclairage stabilisée, spectrophotomètre à photo
détecteurs et réseau, laser à impulsion…), à l’exception de la
méthode de fluorescence résolue dans le temps qui nécessite une
cellule de détection sophistiquée faisant appel à des lasers à
impulsion spécifiques et à une électronique de détection et de
comptage permettant des discriminations rapides (de l’ordre de la
nanoseconde).
32
De nouvelles méthodes pourraient apparaître prochainement
faisant appel à d’autres principes physiques de détection,
notamment :
- la résonance de plasmons de surface, l’intensité de la résonance
variant avec la concentration d’antigènes couplés aux anticorps.
La source lumineuse est un laser à rayon incident
- les bio-CD pourraient apparaître, utilisant les traceurs
fluorescents à lecture laser, le disque contenant plusieurs
dizaines d’anticorps susceptibles de lire la concentration
d’autant d’antigènes sur une seul échantillon sanguin
- l’utilisation de la résonance magnétique (en cours de développement chez Philips)
- les biopuces, utilisant la modification d’impédance ou de
conduction d’un circuit silicium gravé sur un puce électronique
sur laquelle ont été greffés les anticorps détectant les antigènes.
Cette technologie non optique se heurte encore à des questions
de coûts ou de fiabilité. Les premières applications concernent
des composants chimiques (tels le glucose) plus faciles à
mesurer que ces antigènes présents en très faibles
concentrations
- les biopuces à lecture optique de marqueurs fluorescents qui se
développent dans la lignée des dosages génétiques
- toujours dans un souci de miniaturisation, apparaissent les
laboratoires miniatures de la taille d’une carte de crédit. Les
Lab-on-a-Chips sont constitués de microcanaux gravés sur un
même puce électronique, connectés et équipés de pompes,
valves, mélangeurs et analyseurs ; ils intègrent des techniques
standards de laboratoire comme l’électrophorèse, l’amplification
PCR, la chromatographie ; la gestion des échantillons est
effectuée par des dispositifs micro fluidiques actionnés par des
MEMS. Leur utilisation dans le secteur du diagnostic représente
un enjeu de première importance. Les difficultés techniques
rencontrées, liées notamment à la microfluidique et au choix des
matériaux, ont retardé l’apparition de produits complexes. La
tendance est aujourd’hui à la réalisation de Lab-on-a-Chips
intégrant des fonctions basiques, principalement à des fins de
recherche.
Le marché mondial de l’immunodiagnostic en 2003 était de
6 milliards de dollars ; il est en très forte croissance (environ 10 %
par an). La technologie d’enzymo-fluorescence domine le marché
avec un volume annuel de près de 2 milliards de dollars $ en 2004
pour le marché américain, suivi par la chimie luminescence
(800 millions $) et la fluorescence directe (300 millions $).
33
Le marché français de l’immunochimie représente environ
330 millions d’euros en 2003.
marché estimé à environ 700 millions de dollars en 2002, les
ventes de puces décollent avec un taux de croissance de 50 % .
Les acteurs sont très concentrés sur ce marché hautement
compétitif. Le leader est l’américain Abbott ; les européens
Boeringher, Schering ou Biomérieux comptent parmi les acteurs
importants.
Affimetrix reste le leader incontesté qui détient 70 % du marché.
de nombreux acteurs investissent cependant ce marché,
notamment Agilent qui disposerait e 15 % de part de marché, le
britannique Amersham récemment racheté par GE, et des jeunes
pousses telles Illumina ou Applied Biosystems.
En réalité, ce marché recouvre pour près de neuf dixième celui
des réactifs de dosage ; comme pour l’hématologie, l’appareillage
est souvent prêté en échange de l’achat des consommables.
LES APPLICATIONS DIAGNOSTIQUES
La part de l’optique représente une fraction faible du coût des
appareillages. La totalité des composants optiques nécessaires
pour ce marché ne doit pas dépasser 2 % du volume total de
marché, soit environ 60 millions de dollars par an.
Analyse génétique
L’analyse génétique consiste à détecter la présence, dans l’ADN
des cellules prélevées sur des tissus de patients, des séquences
génétiques susceptibles de renseigner sur une pathologie donnée
et sur le risque génétique auquel le patient est exposé. Les tests
génétiques comptent pour seulement 1 % du marché total des
diagnostics in vitro, soit 13 millions d’euros en France en 2003.
La méthode utilisée consiste à amplifier le fragment d’ADN à partir
d’une enzyme, la PCR (Polymeraze Chain Reaction) puis à
hybrider cette séquence amplifiée à l’aide de brins d’ADN
marqués d’un traceur et spécifiques de la séquence à dépister.
Le traceur utilisé peut être radioactif, ou plus généralement
fluorescent, la lecture s’opérant alors par un lecteur optique.
La miniaturisation de ces dispositifs a conduit à imaginer des
biopuces permettant de rassembler sur une seule plaque
plusieurs milliers de séquences génétiques – jusqu’à 100 000
gènes. La lecture se fait à l’aide d’une caméra CCD ou de
barrettes de photodiodes, l’image des puits fluorescents et leur
intensité conduisant au diagnostic.
Cette méthode a été développée dans les années 80 par la
société américaine Affimetrix. Le séquençage complet du génome
humain, terminé en 2001, a donné un essor tout particulier à ces
méthodes de dosage. Des variantes de ces DNA chips sont
apparues ces dernières années, notamment avec les puces à
protéines, à cellules, à glucides.
Les premières applications espérées dans le diagnostic médical
ont été différées du fait des prix de vente élevés. Mais avec un
34
On dénombre aujourd’hui plus de 200 sociétés sur ce marché des
biopuces dont beaucoup de PME de biotechnologies, possédant
certes l’expertise scientifique, mais non industrielle de production
à grande échelle. La France, longtemps absente, a su réagir avec
la création de plusieurs sociétés. Parmi elles, citons ApiBio, jointventure de Biomérieux et CEA Valorisation qui envisage une
production à l’échelle industrielle en fin d’année 2004 de ces
puces MIcam et sans oublier les contributions importantes dans
ce domaine du Genopôle. Aujourd’hui, les grands des
semiconducteurs comme Infinéon, Philips ou STMicroelectronics
s’intéressent à ce marché.
La tendance actuelle est marquée par la baisse des coûts
significative, grâce à l’apport des technologies microélectroniques, avec une augmentation du nombre de sondes par puce et
des offres de production de puces à façon. Le dépôt des
fragments d’ADN, originellement réalisé par photolithographie est
maintenant réalisé par jet d’encre. En parallèle, se développent les
laboratoires miniatures déjà cités.
Le marché ne se limite pas au diagnostic, mais couvre également
l’industrie pharmaceutique pour le screening des séquences
génétiques préalables à l’identification des protéines spécifiques
d’une maladie. La part de l’optique est limitée et se résume aux
lecteurs. Le marché pour les composants optiques est donc
limité, la partie la plus importante (plus de 90 % ) étant constituée
par les puces. La part de l’optique pourrait ne représenter que de
l’ordre de 20 % du coût de l’instrumentation soit moins de
10 millions de dollars par an.
Le marché total des biopuces incluant tous les types de dosage –
génétique, immunologique et virologique - dépasserait déjà
1 milliard de dollars et pourrait atteindre 2,5 milliards en 2006,
80 % étant toutefois réalisé par le dosage des maladies
infectieuses.
Le marché des puces à protéines serait encore naissant. Estimé
à 90 millions en 2002, il devrait atteindre quelques 400 millions
de dollars en 2007 , porté par un taux de croissance annuel
d’environ 30 % .
35
INTERVIEW
Interview de Corinne
Laplace-Builhé
Responsable
du service ImagerieCytométrie
Département
Evaluation In Vivo
LES APPLICATIONS DIAGNOSTIQUES
GENETHON
La Biophotonique : foisonnement des innovations
Aujourd’hui, dans le secteur de la recherche médicale, les systèmes
optiques sont arrivés à une maturation technique certaine. D’énormes
progrès ont été réalisés dans le domaine des capteurs, mais c’est
l’environnement autour des systèmes optiques qui génèrent les plus
gros efforts de R&D : trois exemples peuvent illustrer les progrès
permis par la photonique : le domaine spectral, sur lequel travaillent
de nombreux laboratoires, est prometteur. De nouvelles exploitations
des informations spectrale permettent d’observer l’évolution de
populations cellulaires, sans marquage préalable des tissus. Les
molécules fluorescentes, que l’on est parvenu à stabiliser et dont on
peut contrôler spécifiquement les caractéristiques (comme c’est le
cas pour les Quantum Dots et les rapporteurs fluorescents),
améliorent considérablement les possibilités d’analyses multiparamétriques sur le matériel biologique vivant. Les techniques
d’interférométrie laser sont adaptées aujourd’hui au niveau tissulaire
et permettent d’imager à des résolutions non envisageables il y a
encore quelques années, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives
d’études dynamiques à l’échelle sub-cellulaire.
L’une des contraintes majeures de ces techniques d’imagerie
photonique tient dans la nécessité de réaliser des « fenêtres optiques »,
encore invasives, pour l’observation des tissus profonds , même si on
se rapproche de plus en plus des principes de l’endoscopie. A terme,
ce sont les contraintes pratiques du laboratoire ou du cabinet qui
mettront à l’épreuve tous ces concepts et orienteront les
développements biophotoniques aujourd’hui foisonnants.
Les progrès enregistrés par l’optique couplés à ceux de l’informatique
pour le retraitement des informations et à l’amélioration de la chimie
des marqueurs fluorescents sont une véritable révolution pour
l’imagerie cellulaire.
On observe un nombre croissant de publications scientifiques
proposant des solutions photoniques en réponse aux besoins de
techniques d’imagerie dynamique, in vivo, du petit animal, à un niveau
sub-cellulaire qui témoignent de cette activité de recherche. Au niveau
mondial , de nombreuses équipes universitaires développent leurs
propres systèmes biophotoniques et brevettent ensuite leurs innovations, pour pallier l’absence de réponse des fournisseurs n’ayant pas
toujours réussi ou souhaité adapter leurs appareillages.
L’Ile-de-France réunit de nombreux centres de compétences en
biophotonique et l’une des caractéristiques et des forces de la France
est d’avoir suscité la fédération des savoirs et des compétences dans
ce domaine qui favorise, depuis quelques années, les échanges très
fructueux entre universitaires, sociétés spécialisées et fabricants.
Les freins au développement et à la commercialisation réussie de
matériels, pour des applications cliniques notamment, restent les prix,
36
et le besoin, pour les établissements de santé, de valider le rapport
coût/diversité des applications possibles avant d’investir. En
revanche, dans le domaine de la recherche, la mesure de la
potentialité des innovations issues de jeunes pousses peut toujours
s’apprécier par les soutiens au développement et les investissements
réalisés par les industriels pharmaceutiques, pour l’intégration de
systèmes biophotoniques novateurs, comme par exemple pour les
équipements destinés au screening haut débit.
Histologie ou cytologie
L’histologie est l’étude des tissus ; la cytologie est celle des
cellules. Les deux méthodes d’analyse sont très proches et
utilisent les mêmes outils. Il s’agit d’examiner directement, ou à
l’aide de marqueurs, la texture, la forme ou les propriétés de ces
composants.
L’examen s’opère à l’aide d’un microscope. Les tissus placés sur
une lame peuvent être révélés :
- à l’aide d’un éclairage spécifique
- à l’aide de traceurs enzymatiques
- par des anticorps marqués, en général d’un traceurs fluorescent
(immunohistochimie)
- par des nanosphères fluorescentes – QD : Quantum Dots – qui
augmentent sensiblement la sensibilité de détection tout en
restant amorphe à l’égard des tissus.
Ce marché se développe avec l’apparition de techniques de
dosage cinétique permettant de tester l’efficacité in situ d’un
médicament sur les cellules malades. Les techniques de QD
semblent à cet égard particulièrement prometteuses et devraient
permettre des observations in vivo au travers de l’épiderme.
Un autre axe d’amélioration est l’augmentation de la finesse de
résolution permettant d’observer les détails à l’échelle de la
cellule. Il a ainsi été démontré que l’on pouvait détecter le
comportement des parois cellulaires, au sein de neurones (effet
synaptique, péri synaptique ou extra synaptique de perméation
des protéines inductrices). Pour cela,on utilise des éclairages laser
femtoseconde qui permettent de visualiser la protéine
élémentaire.
37
On l’a vu, la microscopie confoncale permet de visualiser par
tranches (en pseudo 3D). La fluorescence Raman est également
utilisée pour déterminer la qualité des tissus traversés lors de
l’observation en microscopie confocale.
Virologie – bactériologie
LES APPLICATIONS DIAGNOSTIQUES
Ce domaine consiste à identifier la présence d’agents pathogènes
dans les prélèvements, généralement de sang. Les méthodes
utilisées en virologie sont très proches de celles utilisées en
immunologie.
La bactériologie se développe rapidement et donne lieu à des
techniques nouvelles. La nombre de cas d’infection aux
salmonelles atteint 2 millions chaque année aux Etats-Unis. Les
récents développements portent sur l’identification des bactéries
par fluorescence spontanée. Ceci pourrait conduire à une
détection in vivo sur les animaux, les bactéries étant suivies par
une caméra CCD. Le marché français de l’immunologie
infectieuse était en 2003 de 239 millions d’euros.
Applications futures
Un des principaux axes de recherche concerne la mesure des
propriétés optiques des tissus et de leur corrélation à des états
physiologiques ou pathologiques. L’absorption de la lumière
correspond à la composition chimique en eau, en hémoglobine ou
en protéines. La variation de l’absorption de la lumière dans
l’infrarouge permet ainsi pour mesurer le taux d’oxygénation de
l’hémoglobine. La diffusion est dépendante de la structure microscopique (cellules, mitochondries, noyaux cellulaires) mais aussi
de la morphologie du tissu (fibreuse ou granulaire). La mesure du
coefficient de diffusion permet de détecter la phase de rejet d’un
organe.
L’oxymétrie représente un marché de volume très important,
ses applications sont nombreuses :
- Médecine : en diabétologie (mesure du taux de sucre), en
neurologie (attaques cérébrales)
4
Les applications à l’aide à la vision
Le domaine de l’aide à la vision est aussi concerné par les
technologies optiques, citons dans ce sens les technologies de
correction ophtalmique et les technologies d’aides aux
non-voyants ou aux malvoyants.
Correction ophtalmique
Le secteur où l’optique a l’influence la plus directe sur la santé de
l’homme est le secteur ophtalmologique avec les apports des
corrections dues aux verres et aux lentilles de contact. Ce marché
draine d’autres applications dans le domaine du diagnostic, de
l’aide au diagnostic et pour les outils de laboratoire permettant de
confectionner les verres ophtalmiques.
Lunetterie et optiques de contact
Ce secteur en croissance d’environ 3,7 % par an se répartit en
cinq segments dont deux ne sont pas spécifiquement liés à
l’optique, ramenant le marché sur les produits optiques à
2,3 milliards d’euros.
Le marché est tiré par trois évolutions fondamentales :
- le vieillissement de la population, entraînant une augmentation
croissante du marché notamment pour le traitement de la
presbytie
- le développement de produits de haut de gamme (verres
progressifs, lentilles organiques, verres photochromiques)
- l’amélioration du traitement ophtalmique dans les pays
émergents.
Le marché français pour les verres et les lentilles de contact
s’élève à 2,5 milliards d’euros en 2003 ( en progression de
+ 6,5 % par rapport à 2002). Il devrait atteindre 3,1 milliards
d’euros d’ici 2008. Les verres avec 2 milliards d’euros de ventes
en 2003 emportent la plus belle part de marché (77,8 % ). Essilor
est le leader mondial des verres ophtalmiques.
- Conditions extrêmes : plongée, haute montagne…
Si le développement de la chirurgie corrective de l’œil par ablation
laser pour le traitement des myopies ou des hypermétropies
précoces peut perturber le marché, les solutions pharmacologiques de traitement ne seront pas mures avant plusieurs
décennies.
- Sport de compétition : mesure de l’effort.
L’utilisation des lunettes – correctives ou non – pour afficher des
- Cancérologie : contrôle du taux d’oxygénation de la tumeur pour
une meilleure efficacité du traitement
- Défense : contrôle de la vigilance des pilotes d’avions de chasse
38
39
informations fait également partie des axes de développements
futurs. L’utilisation des nanotechnologies permet d’envisager de
projeter des images sur les verres en utilisant le verre comme
écran.
- l’utilisation de lasers pour la détection d’obstacles (canne
télémétrique laser)
- l’aide à la lecture des malvoyants par solutions logicielles sur
image scannées
-…
LES APPLICATIONS À L’AIDE À LA VISION
Aide au diagnostic ophtalmologique
Le marché du traitement ophtalmique (diagnostic, matériels de
laboratoire d’opticiens) est également important. Pouvant
atteindre 2,6 milliards de dollars au niveau mondial en 2006, il est
en plein développement avec un taux de croissance annuel
estimé à 9 %. Cette évolution s’opère avec la généralisation de
matériels informatisés et du laser comme outil de diagnostic ou de
contrôle de qualité des verres.
Parmi des technologies, on peut citer par exemple la tomographie
optique cohérente permettant, par une méthode d’interférométrie
laser, de déterminer le profil de fond de l’œil et la formulation des
verres ou lentilles correctrices. Des chaînes complètes de
traitement sont envisagées, allant du diagnostic au polissage,
intégrant le contrôle qualité.
Ces développements se heurtent cependant à des difficultés
d’applications concrètes. L’imagerie rétinienne par caméra CCD
est également proposée par des acteurs de création récente ;
l’américain Tallia en est un exemple)
Ce marché reste relativement étroit mais pourrait se développer
poussé le vieillissement de la population et d’une prise de
conscience plus aigüe de ce handicap.
Découverte
des médicaments
24 %
Génomique
49 %
Protéomique
27 %
marché mondial de l’instrumentation
Les fournisseurs de solutions logicielles intégrées se développent
également à l’image de l’américain Acuity Pro.
En Ile-de-France, la société Imagine Eyes développe des solutions
techniques dans ce domaine.
Aide à la vision des malvoyants
La réhabilitation des malvoyants reste encore aujourd’hui
largement au stade de la recherche et de l’expérimentation clinique. Parmi les pistes envisagées on peut citer :
- l’utilisation de caméras miniaturisées fonctionnant en vision
stéréoscopique, avec retour d’information sous forme de
sensations de toucher (livraison d’une image pixellisée physique
par picots en langage braille)
Produits
d'entretien
3%
Montures
24 %
Lunettes de soleil
7%
Lentilles de contact
7%
Marché mondial de la lunetterie et des verres de contact
- le retour d’informations issues d’une caméra par excitation du
nerf optique
40
41
Verres de lunettes
59 %
LES APPLICATIONS INDUSTRIELLES ET EN R&D
5
Les applications industrielles et en R&D
Les applications pour l’industrie pharmaceutique
Les techniques optiques et photoniques sont beaucoup utilisées
dans l’industrie pharmaceutique, ou des biens de la santé au sens
large, dans le domaine analytique.
Le marché mondial de l’instrumentation pour les sciences de la vie
était estimé à environ 28 milliards de dollars en 2003 ; il se partage
en trois segments selon le domaine d’application :
Pour la période 2002-2005, la croissance annuelle estimée pour
chaque type de technologie est comprise entre 5 et 12 %.
L’un des défis de l’industrie pharmaceutique est aujourd’hui de
remplir ses tuyaux avec de nouveaux médicaments en
développement. L’une des stratégies adoptées est de revisiter
des molécules connues, archivées dans des chimiothèques, en
testant celles-ci sur de nouvelles cibles pharmacologiques ou sur
des tests in vitro ou ex vivo pour de nouvelles indications non
envisagées lors des développements initiaux.
Une autre stratégie consiste, en aveugle, à confronter des
nouvelles combinaisons de synthèse chimique à une certaine
cible biologique clé. Tout ceci nécessite des expériences en
batteries que les méthodes actuelles de robotisation facilitent ;
ainsi sont nées les premières plateformes de screening moléculaire à haut débit qui permettent de tester des dizaines de milliers
de molécules en quelques semaines contre des milliers
actuellement.
Puces
Informatique
Spectroscopie de masse
PCR
Lecteurs de microplaques
« liquid handling » et robotique
Chromatographie en phase liquide
Electrophorèse
Synthèse
Séquenceurs
0
2
4
6
8
10
12
14
Les leaders du marché sont Accelrys, Affymetrix, Agilent
Technologies, Amersham biosciences, Applied biosystems, BD
biosciences, Beckman Coulter, BioRad, Bruker, Celera, Incyte,
Invitrogen, Merck, Molecular Devices, Perkin Elmer, Promega,
Quiagen, Roche, Shimadzu, Sigma Aldrich, Tecan, Thermo
Electron, Varian et Waters.
Applied Biosystems est le leader avec un chiffre d’affaires 2003 de
1,67 milliard de dollars. Les quatre poursuivants directs sont
Agilent, Thermo Electron, Perkin Elmer et Waters Corp. Les trente
premières entreprises du domaine totalise un chiffre d’affaires de
14 milliards de dollars, soit plus de la moitié du marché global. La
croissance moyenne de ces trente premiers acteurs a été de
7,1 % entre 2002 et 2003 ; Spectris plc, Diagen NV et Dionex ont
connu les croissances les plus fortes.
42
Le criblage moléculaire
Elles ont permis de multiplier par dix les capacités de criblage
moléculaire (synthèse, séparation, activité). Ces technologies
nécessitent la maîtrise de la miniaturisation (certains
développements incluent l’usage des biopuces), la gestion de
l’interface microélectronique, micromécanique et biologie. S’est
développée en parallèle la science de la bioinformatique, pour
décoder les résultats de toutes ces combinaisons. Au départ et
toujours actuellement développés par de jeunes pousses (telles
Novaleads qui travaille à la mise au point d’une nouvelle
technologie de criblage moléculaire sur cellules vivantes) ces
technologies sont intégrées progressivement dans les plus grands
groupes pharmaceutiques ou organismes de recherche.
Le marché mondial du HTS (High Throughput Screening) était en
2003 de 1,8 milliard de dollars, un quart correspondant à des
équipements portant des systèmes photoniques (spectrophotomètres, caméra CCD…). Les réactifs représentent la part la
plus significative du marché.
43
La spectrométrie
LES APPLICATIONS INDUSTRIELLES ET EN R&D
Toutes les méthodes de spectroscopie moléculaire de l’UV au
visible, de mesure colorimétrique, de fluorescence ou de
luminescence, dans l’infrarouge ou le proche infrarouge, la
spectroscopie Raman, ou à transformée de Fourier sont
largement utilisées dans la pharmacie, après ses premières
utilisations dans les procédés industriels.
Bien que très concurrentiel, le marché de la spectrométrie est
cependant encore perçu comme un marché à fort potentiel dans
le domaine de la santé ; au côté de technologies plus lourdes
comme l’imagerie optique (plus complexe et plus chère), la
spectrométrie est une technologie plus facile d’abord, très
adaptée au diagnostic. Ainsi, on assiste au développement de
spectromètres portables sont aujourd’hui commercialisés ; des
applications médicales en endoscopie, dans le domaine de la
sécurité sanitaire (détection d’agents biologiques) et du diagnostic
rapide in situ, plus économiques qu’au laboratoire et rapidement
exploitables sont envisagées.
Les spectromètres portables pourraient représenter 25 à 30 % du
marché mondial des spectromètres.
Il reste un marché hétérogène où les développements
technologiques prolifèrent mais où l’on observe une convergence
vers des systèmes hybrides, couplant par exemple la spectroscopie ou la vidéomicroscopie comme le fait cette équipe de
l’Inserm qui l’utilise pour le contrôle de la culture de neurones avec
des Quantum Dots.
Les appareils multi-fonctions sont de plus en plus nombreux et
l’on voit apparaître des consortia (tels Open Microscopy
Environment) dans lesquels les acteurs cherchent (avec peine) à
standardiser les formats d’images pour une meilleure interopérabilité.
La chromatographie
Le marché mondial de la chromatographie a représenté
2,516 milliards de dollars en 2003 et aurait une croissance
annuelle de l’ordre de 12 % d’ici la fin de la décennie. A l’intérieur
de ce marché, la chromatographie liquide des protéines a
représenté 154 millions de dollars en 2003 et devrait atteindre
237 millions en 2010.
Pour de nouveaux entrants, des applications spécifiques sont
envisageables. Les images n’étant pas toujours nécessaires au
diagnostic, le développement de spectromètres miniatures
couplés à des fibres optiques peut être judicieux, à l’instar de
certains produits commercialisés aux Etats Unis qui ont vu leur
chiffre d’affaires augmenter subitement de 20 % en 2003.
Ce marché est tiré par le développement de la protéomique
clinique et des études sur les biomarqueurs où l’on utilise la
spectrométrie de masse pour une meilleure sélectivité.
Les méthodes de spectrométrie de masse couplées aux
méthodes séparatives de chromatographie liquide ou gazeuse
font également partie des techniques basées sur l’optique qui
occupent une place grandissante en biologie pour la caractérisation structurale d’actifs ou de molécules endogènes, sous des
aspects qualitatifs et quantitatifs. Leurs utilisations sont aussi
nombreuses pour l’identification de critères de pureté ou pour de
la traçabilité d’actifs.
Dans ce domaine, citons une nouvelle technologie qui émerge
distinctement, proposée par Agilent Technologies R&D : les
reusable polymer HPLC chip.
La microscopie
Waters Corp est le premier acteur mondial sur chacun des trois
segments (spectrométrie de masse, HPLC et analyse thermique)
d’un marché de 4,4 milliards de dollars.
L’électrophorèse
Le marché mondial de la chromatographie à deux dimensions
(2D) s’est élévé à 313 millions de dollars en 2003 et devrait
atteindre 717 millions en 2010. La protéomique semble le moteur
de ce marché. L’électrophorèse 3 dimensions correspondrait à
10 % du marché 2D, en valeur.
La microscopie est une technique largement diffusée dans
l’industrie et les laboratoires de recherche et de développement.
Ainsi, en 2000, le marché global de la microscopie a été de
811 millions de dollars. Il devrait atteindre 1 milliard en 2005.
44
45
6
Les acteurs franciliens
En 2004, Opticsvalley a publié un annuaire de la filière biophotonique en Ile-de-France qui recense tous les acteurs du
domaine, des entreprises et des laboratoires. En voici un extrait :
Raison sociale
URL
AGILENT
www.agilent.com
Description de l’activité
Raison sociale
URL
OLYMPUS FRANCE
www.olympus.fr
Description de l’activité
Test et mesure, produits semi-conducteurs
TECHNOLOGIES
et Sciences de la vie/Analyse chimique ?
Endoscopie médicale, de l’endoscopie
En particulier Agilent conçoit et
chirurgicale, du diagnostic et de
commercialise des biopuces et les lecteurs
la microscopie.
associés.
LES ACTEURS FRANCILIENS
OPTON LASER
CARL ZEISS SA
www.zeiss.fr
Microscopie : microscopie optique pour la
www.optonlaser.com
INTERNATIONAL
Fournisseur de lasers et d'instrumentation
optique. Son département Biophotonique est
recherche biomédicale, le diagnostic,
spécialement destiné à offrir la gamme la
la science des matériaux.
plus large et la plus innovante de sources
Médical : une gamme universelle pour
laser et de matériel de mesure, pour vos
l'ophtalmologie et la chirurgie opératoire.
applications biophotoniques : LlF (LaserInduced Fluorescence), pinces optiques,
ESSILOR
www.essilor.fr
microscopie confocale, imagerie
Verres ophtalmiques.
multi-photon, cytométrie en flux.
HAMAMATSU
www.hamamatsu.fr
PHOTONICS FRANCE
Commercialisation de tous systèmes
photoniques.
QUANTEL MEDICAL
www.quantel-medical.fr
Développement et commercialisation d’une
gamme complète d’appareils lasers conçus
IMSTAR SA - IMAGE ET
www.imstar.fr
Conception, fabrication et commercialisation
MODELISATION
pour l’ophtalmologie et la dermatologie.
de systèmes innovants de bio-imagerie de
STRATEGIE ANANLYSE
haute technologie pour la recherche
ET REALISATION
biomédicale et le diagnostic.
THALES LASER SA
www.thales-laser.com
Lasers impulsionnels à solide pompés par
diodes pour des applications industrielles ou
d'instrumentation telles que la spectroscopie
JOBIN YVON SAS
www.jobinyvon.fr
Fabrication et développement de réseaux
LIBS, la fluorescence induite par laser ou
intégrés à des applications laser. Conception
encore les LIDAR atmosphériques.
et vente d'instruments optiques.
Savoir-faire reconnu dans les lasers à
impulsions ultra courtes (femtoseconde).
MAUNA KEA
www.maunakeatech.com
TECHNOLOGIES
A développé une plate-forme technologique
à lumière infrarouge ou visible qui permet de
réaliser de l’imagerie biomédicales pour le
diagnostic de cancers. Ces dispositifs, en
apportant des solutions biophotoniques
innovantes, ont pour but de diagnostiquer en
temps réel et de manière fiable l’apparition
de cellules précancéreuses.
46
47
7
Sources de données
Internet
- CBST :
Center for Biophotonics Science and Technology
- Opto Electronics Report
- Ministère délégué à la Recherche et
aux nouvelles technologies : www.recherche.gouv.fr
- optics.org
SOURCES DE DONNÉES
Revues et magazines
-
OeMagazine
Laser Focus World
Medical Devices & Surgical Technology Week
Business Wire
Etudes de marché
-
Research & Market
Frost & Sullivan
Millenium Research Group
BCC
Freedonia Group
BBriefings
Yole Développement
Opticsvalley
Medical Devices & Surgical Technology Week
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