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ACADÉMIE DE LA RÉUNION

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L'EIST et la démarche de Jack Andraka

LA DEMARCHE EXPERIMENTALE DE JACK ANDRAKA:

un adolescent américain révolutionne le dépistage du Cancer du pancréas

La démarche d’investigation  utilisée dans l'enseignement des sciences expérimentales en particulier engagée avec l’enseignement intégré des sciences et technologie, développe l’appétence et les connaissances de leurs élèves pour les sciences, de l’école vers le supérieur.

Cette démarche permet de :

  • stimuler la curiosité et développer le goût des sciences des élèves ;faciliter la transition entre l'école élémentaire et le collège ;
  • donner une cohérence entre les disciplines scientifiques et technologiques ;
  • pratiquer la démarche d'investigation telle qu'elle est inscrite dans les nouveaux programmes de sciences c'est à dire aussi développer la rigueur,
  • promouvoir l’esprit d’initiative, le travail collectif et l’autonomie, tels sont les principaux objectifs visés.

C'est avec l'application de cette démarche, que Jack Andraka qui va encore au lycée, a inventé une nouvelle méthode pour détecter le cancer du pancréas. Pourtant il y a encore trois ans, le jeune garçon ignorait tout de cet organe.

Situation déclenchante :

C'est un drame familial qui va le pousser à faire des recherches sur des biomarqueurs lorsque son oncle décède brutalement d'un cancer pancréatique. Il consulte alors sur Google tout ce qui se rapporte à la maladie et découvre que ce type de cancer est souvent détecté trop tard. En cause, un test de dépistage vieux d'une soixantaine d'années - une éternité en médecine - et dont le prix prohibitif pousse les oncologues à s'en passer.

Face à l'incompréhension suscitée par cette mort brutale, le jeune homme se donne pour mission de révolutionner le dépistage du cancer du pancréas en le facilitant. Son cahier des charges est simple : il faut un outil peu cher, simple, rapide et non invasif.


Photo de Jack Andraka extraites d'une interview à la BBC

La recherche d'informations

Le lycéen se replonge alors dans ses cours de biologie, dans les livres et sur Internet et constate que 8 000 protéines spécifiques sont produites lors de cancers comme celui du pancréas. Or une seule d'entre elles permet de poser le diagnostic : la mésothéline


Le cancer du pancréas

Le cancer du pancréas est dévastateur. Seulement 5,5% des personnes diagnostiquées avec la maladie survivent moins de cinq années, parce qu' une fois qu'il est diagnostiqué, il s'est généralement déjà propagé dans tout le corps. Et c'est là qu'à 15 ans, lycéen Jack Andraka voit une opportunité majeure pour le changement.

Le cancer du pancréas est l'un des cancers les plus mortels, avec un taux de survie à cinq ans de 6 pour cent. Quelque 40.000 personnes en meurent chaque année. Le diagnostic peut être dévastateur, car il est souvent livrés en retard, après le cancer s'est propagé. Contrairement au sein ou du côlon, du pancréas est niché au fond de la cavité du corps et difficile à l'image, et il n'y a aucun symptôme révélateur tôt ou forfaitaire. "Au moment où vous porter cette question à un médecin, il est trop tard», explique Anirban Maitra, un pathologiste Johns Hopkins et chercheur sur le cancer du pancréas, qui est le mentor de Andraka. «Les diagnostiques chimiques que nous avons ne sont pas bons pour cette maladie."


Les biomarqueurs

Le CA 19-9 est le biomarqueur sérique (contenu dans le sérum) des adénocarcinomes (cancers) pancréatiques mais son utilité est médiocre du fait de sa faible sensibilité aux seuils spécifiques du cancer. Il participe au suivi et au pronostic des patients sous chimiothérapie.

Mais, quand le cancer s'installe, le corps va émettre un signal de détresse sans équivoque: une surabondance d'une protéine appelée mésothéline. Le problème est que les scientifiques n'ont pas encore mis au point un moyen infaillible pour trouver ce drapeau rouge dans le cadre d'un signal chimique standard. «Le premier point d'entrée devrait être une prise de sang pas cher fait avec une simple piqûre.


Les expériences :

Afin de perfectionner son idée et de la rendre viable, il souhaite réaliser une série d'expériences mais la cuisine familiale n'est plus le lieu adéquat. Il contacte alors des laboratoires et un seul lui répond positivement. Le docteur Anirban Maitra, un professeur de médecine de Baltimore (dans le Maryland), l'invite à continuer ses expérimentations au sein de son équipe. Jack Andraka se replonge dans son travail et perfectionne son invention. Il met au point une simple bandelette de papier, imitant celle utilisée par les diabétiques pour mesurer leur taux de glycémie, qui détecte, dans plus de 90 % des cas, la présence de mésothéline dans le sang, et donc le cancer du pancréas. Et cela, même aux stades les moins avancés.

Un article de Science, sur son bureau parlait des applications des nanotubes. En classe J. Andraka écoute le cours du professeur de biologie sur les anticorps qui se lient aux protéines spécifiques dans le sang. Soudain, les deux idées sont entrés en collision dans son esprit. Que faire si il pouvait placer un réseau de nanotubes avec les anticorps anti-mésothéline, puis d'introduire une goutte de sang d'un patient de cancer du pancréas. Les anticorps se lient à la mésothéline . Ces molécules étalées sur les nanotubes vont changer les propriétés électriques du réseau: la présence de mésothéline avec les anticorps amplifierait le signal électrique. D'autres scientifiques ont récemment mis au point des tests similaires aux cancers du sein et de la prostate, mais personne n'avait abordé le cancer du pancréas.

Le protocole

Andraka a rédigé un protocole expérimental et envoyé par courriel à 200 chercheurs. Le docteur Maitra a décidé d'inviter Andraka à son laboratoire. Pour superviser le projet, il a nommé un chimiste. Ils s'attendaient à voir Andraka pendant peut-être quelques semaines pendant l'été.

Au lieu de cela, le jeune scientifique a travaillé pendant sept mois, tous les jours après l'école et souvent le samedi jusqu'à minuit, se nourrissant d'œufs durs et de sucreries. Il a travaillé pendant les vacances de Thanksgiving et de Noël. Il a passé son 15e anniversaire dans le laboratoire.

Ne pas avoir fini sa formation en biologie, il avait beaucoup à apprendre sur le savoir-faire. Il appelait forceps, les pincettes. Il avait des problèmes avec la centrifugeuse, dans laquelle équivalent d'un mois d'échantillons de culture cellulaire avait explosé.

Mais parfois son manque de formation abouti à des solutions élégantes. Pour ses bandelettes de test, il a décidé d'utiliser un simple papier filtre, ce qui est assez absorbant pour étudier la solution de nanotubes de carbone et les anticorps anti-mésothéline, efficace et peu coûteux. Pour mesurer le changement électrique dans un échantillon, il a acheté un ohmmètre et construit le dispositif de test en plexiglas utilisé pour maintenir les bandes conductrices. Il a glissé une paire d'aiguilles à coudre de sa maman pour l'utiliser comme électrodes.

le test

C'est exactement ce que Jack Andraka a inventé: Une sonde qui utilise seulement un sixième de la goutte de sang et qui semble être beaucoup plus précise que les méthodes existantes, et ne prend que cinq minutes pour obtenir un résultat. C'est encore au stade préliminaire, mais les compagnies pharmaceutiques sont intéressées. Dans le même temps, lui et son père, qui utilisait des nanotubes de carbone pour filtrer des composés dans l'eau .Ces nanotubes ont des propriétés étonnantes», explique Andraka. "Ils sont plus résistants que l'acier et conduisent l'électricité mieux que le cuivre. "

L'adolescent affirme que créer ce test n'a pas été plus difficile que de suivre "une recette de biscuit au chocolat". Selon Jack Andraka, son nouveau test de dépistage est plus rapide (5 minutes), moins cher (6 centimes) et plus sensible que le précédent.

Jack Andraka veut aussi servir d’exemple pour les autres ados. « Grâce à l’internet, tout est possible. On peut faire tellement plus de choses que mettre en ligne des photos de soi-même en train de faire la grimace. Si un adolescent de 15 ans qui ne savait même pas ce qu’était le pancréas a pu trouver un moyen de détecter le cancer, imaginez ce que vous pourriez faire », a-t-il ajouté.

Glossaire (wikipedia)

- Un biomarqueur est une caractéristique biologique mesurable liée à un processus normal ou non

  • Dans le domaine de l'écologie, un biomarqueur permet de détecter la présence de polluants dans l'environnement et l'impact de certaine pratique. Cela peut être par exemple le nombre de poisson dans un lac, la quantité de lichen sur les arbres d'une forêt ou la couleur du pelage des animaux.

  • Dans le domaine médical, un biomarqueur peut être utilisé pour le dépistage médical (recherche d'une maladie dans une population), le diagnostic (caractérisation d'une maladie chez un individu), la réponse à un traitement médical, la rechute après un traitement, la toxicité d'une molécule.
    Le biomarqueur est alors le plus souvent une protéine (dosable dans le sang ou la présence d'une molécule dans l'urine).

- Clinique

  • Pour un test, "clinique" signifie que le test est utilisable en routine. Idéalement, ce test doit être peu coûteux, peu invasif, ne doit pas nécessiter un appareillage lourd et doit être relativement rapide.

  • Pour une étude, "clinique" signifie que l'étude est réalisée sur l'homme (en premier lieu sur des personnes saines puis sur des malades), et non sur des modèles expérimentaux (animaux, cellules en culture) comme ce qui est réalisé en phase "pré-clinique"

  • Pour une maladie, "clinique" signifie que des symptômes sont visibles lors d'un examen de routine, par exemple lors d'une consultation chez son médecin traitant (douleurs, rougeurs, masses palpables, etc.) La maladie est "préclinique" ou asymptomatique avant l'apparition des premiers symptômes.


- Mésothéline

La Mésothéline est une protéine présente sur les cellules mésothéliales et est sur-exprimée dans plusieurs tumeurs humaines, y compris le mésothéliome et de l'ovaire et du pancréas adénocarcinome . La protéine a été identifié pour la première par sa réactivité avec l'anticorps monoclonal K1.

Sources:

- http://www.em-consulte.com/article/27573/marqueurs-des-cancers-digestifs-colon-rectum-pancr

- Jack Andraka, the Teen Prodigy of Pancreatic Cancer - A high school sophomore won the youth achievement Smithsonian American Ingenuity Award for inventing a new method to detect a lethal cancer -By Abigail Tucker - Smithsonian magazine, December 2012,

- http://www.latribune.fr/entreprises-finance/industrie/chimie-pharmacie/20130307trib000752727/canc...

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