FR2497233A1

FR2497233A1 - Procede et dispositif pour tester des activites biologiques de collectivites cellulaires

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Publication number: FR2497233A1
Application number: FR8119180A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-10-10
Filing date: 1981-10-12
Publication date: 1982-07-02
Also published as: CA1174074A; CH654108A5; US4458531A; GB2086038A; GB2086038B

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE POUR TESTER DES ACTIVITES BIOLOGIQUES DE COLLECTIVITES CELLULAIRES EMETTANT UN RAYONNEMENT PHOTONIQUE PROPRE OU ULTRA-FAIBLE STIMULABLE. D'APRES CE PROCEDE, IL EST PREVU QUE POUR VERIFIER IN VITRO DES SUBSTANCES EN CE QUI CONCERNE LEURS ACTIONS EVENTUELLES DOMMAGEABLES POUR LES CELLULES OU REGENERANTES, OU BIEN POUR CONTROLER LA QUALITE DE SUBSTANCES BIOLOGIQUES TELLES QUE DES ALIMENTS, DES PLANTES UTILES OU DES GERMES, ON MESURE COMME GRANDEUR D'ESSAI L'INTENSITE ETOU LA STATISTIQUE PHOTONIQUE DE L'EMISSION PHOTONIQUE ULTRA-FAIBLE.

Description

Procédé et dispositif pour tester des activités biologiques

de collectivités cellulaires.

La présente invention concerne un procédé pour tester des ac-

tivités biologiques de collectivités cellulaires qui émettent

un rayonnement photonique propre ou ultra-faible stimulable.

Les procédés connus jusqu'ici pour tester les activités biolo- giques d'agents physiques ou chimiques se basent sur le fait que

des collectivités cellulaires sont soumises à un agent à tes-

terdans des conditions définiessoit dans un test in vitro,

c'est-à-dire comme culture cellulaire, soit dans des organis-

mes existant naturellement, par exemple dans un test in vitro

sur des plantes ou des animaux d'essais. Après étude des répar-

titions statistiques, on établit des courbes dose-effet qui

montrent la dépendance de l'agent imposé par rapport au para-

mètre à rechercher de l'objet, comme par exemple le taux de

mutations. Sur la base des résultats de mesures estimés statis-

tiquement, on peut tirer des conclusions concernant les acti-

vités, dommageables pour les cellules ou régénérant celles-ci, de certains agents, par exemple des radiations, des matières

chimiques et analogues.

La réalisation de-tels tests nécessite des moyens considéra-

bles à cause d'un évantail de dispersions biologiques impor-

tant. L'admissibilité de l'emploi de ces recherches par essais est thAoriqi-mert fonAAe et jt'stifiae se manière Aiffrrente

cas par cas.

Un procédé pour tester les activités biologiques de collecti-

vités cellulaires existe aussi pour l'étude des aliments cor-

respondants avec structure cellulaire. Une méthode connue pour

tester les aliments est basée sur le fait d'irradier les ali-

ments par de la lumière bleue ou ultra-violette et d'analyser la lumière de dispersion réfléchie pour ce qui concerne le caractère de la couleur. On sait, Dar la Dem3nde de Brevet alleand DE-OS 27 28 717, déterminer les caractéristiques de qualités d'un objet à tester appartenant à la catégorie des viandes en étudiant le rayonnement émis ou réfléchi sortant de l'objet,

de préférence dans le spectre visible ou invisible de la lu-

mière, la longueur d'onde et/ou l'intensité et/ou la polarisa-

tion étant alors exploitées. Cependant, on ne peut de ce fait

établir des déterminations suffisamment précises des caracté-

ristiques de qualité, par exemple de l'état de fraîcheur.

Le Brevet de la République Démocratique Allemande N0 117 743 décrit un procédé pour mesurer les altérations de produits

agricoles, par exemple les pommes de terre, à l'aide de fluo-

rescence, en traitant l'objet de la mesure par une matière chimique qui, aux endroits altérés fournit une composition

qui possède une action fluorescente et qui, lors d'une irra-

diation avec une lumière ultra-violette, rayonne une lumière

fluorescente visible.

C'est un but de l'invention de fournir un procédé pour tester les activités biologiquesde collectivités cellulaires qui rend

possible une étude spécifique très sensible de l'état biologi-

que desdites collectivités cellulaires.

pour résoudre ce problème, on prévoit, pour tester in vitro des substances en ce qui concerne des activités altérant les cellules ou les régénérant, ou pour contrôler la qualité de substances biologiques telles que des aliments biologiques (viandes, fruits, etc...), plantes utiles (y compris plantes médicinales) ou semences ou plants, de mesurer comme grandeur

d'essai l'intensité et/ou la statistique photonique de l'émis-

sion photonique ultra-faible.

L'expression "émission photonique ultra-faible" utilisée en

liaison avec la présente Demande de Brevet et les revendications

signifie un rayonnement ondulatoire dont l'énergie est plus

faible que le rayonnement calorifique dans la gamme des infra-

rouges d'au moins un facteur de 10 10. L'émission photonique

ultra-faible doit être distinguée en tant que rayonnement pro-

pre cohérent des objets du rayonnement calorifique incohérent, etc..., du fait que l'intensité, ainsi que les dépendances par

rapport aux longueurs d'ondes, ne suivent pas la loi du rayon-

nement de Planck. Des différences de températures ne peuvent

pas être utilisées pour mesurer l'émission photonique ultra-

faible. Il faut pour ce faire déterminer les mesures de cohé-

rence de la statistique photonique et/ou l'intensité du rayon-

nement.

-

On sait, d'après la publication "Electromagnetic Bio-Information de F.A. Popp, G. Becker, H.L. Kbnig, W. Peschka, Edts. Urban &

- Schwarzenberg, Munich-Baltimore 1979, que des systèmes biologi-

ques, en particulier des cellules vivantes émettent un rayon-

nement photonique ultra-faible qui dépend de différentes in-

fluences de l'environnement. La présence d'une telle émission photonique ultra-faible est supposée exister lors du procédé selon la présente Demande qui, non seulement, dérive l'activité

des agents de leur influence sur l'émission photonique de sys-

tèmes biologiques et les compare avec les comportements de sys-

tèmes non perturbés ou qui s'atrophient, mais encore rend pos-

sible un contrôle de la qualité des aliments.

En principe, ces recherches peuvent être faites avec toutes formes de collectivités cellulaires, en particulier avec une culture cellulaire, mais également avec une plante d'essai ou avec un animal de recherche. Comme l'intensité de l'émission photonique ultra-faible et/ou la statistique photonique est modifiée caractéristiquement par l'influence des substances

d'essais, on peut, à partir des mesures avant et pendant l'agis-

sement de la substance d'essai, tirer selon les circonstances des conclusions valables sur le mécanisme de l'activité et

l'efficacité générale des agents. on remplace les courbes ha-

bituelles jusqu'ici de doses en fonction de l'effet par des diagrammes dans lesquels sont représentés, éventuellement avantageusement, le développement en fonction du temps, de l'intensité répartie spectralement du rayonnement émis, ainsi que des paramètres caractéristiques de la statistique photo-

nique, tels que par exemple des moments factoriels, des cumu-

lants, etc., en fonction de la dose de substance administrée ou de l'intensité de l'agent physique appliqué, par exemple un rayonnement calorifique. Les diagrammes ainsi obtenus sont exploités d'après l'intensité et d'après les différentes mesures de cohérence possibles de la statistique photonique (voir R.J. Glauber, Quantum Optics, Academic Press NY London,

1969).

Le procédé peut éventuellement être modifié de façon appropriée par l'utilisation définie d'autres influences externes, de

préférence des champs additionnels magnétiques et/ou électri-

ques courant continu ou courant alternatif (faisceau d'ondes) ou bien un rayonnement lumineux d'une longueur d'onde définie

qui agit sur la collectivité cellulaire.

Lors du contrôle de qualité de substances biologiques, on peut

par exemple estimer la qualité de sucs biologiques ou la pos-

sibilité de germer de semences d'après l'état de vieillisse-

ment, si des valeurs de comparaison correspondantes sont déter-

minées auparavant, par exemple par vérification de goût et/ou analyse chimique ou bien par des essais de semence à partir d'un échantillon composé essentiellement d'éléments uniformes

On peut en particulier, obtenir l'état de fraîcheur des ali-

ments qui est essentiellement basé sur des collectivités cel-

lulaires saines par une technique relevant des mesures en ana-

lysant le rayonnement propre. En outre, on peut prouver la teneur de substances étrangères dommageables biologiquement comme par

exemple les poisons tels que les pulvérisants en tant que rési-

dus dans les viandes et les plantes.

Lorsque les échantillons biologiques n'ont pas un rayonnement

propre accentué, il peut être éventuellement approprié de sti-

muler l'échantillon avant et/ou pendant la mesure pour obtenir

une émission photonique par un champ magnétique et/ou électri-

que courant continu ou courant alternatif. Une telle stimu-

lation appropriée peut également être induite par un rayon-

nement lumineux d'une longueur d'onde définie, par exemple

de 5000 nr, ou par des températures augmentées ou faibles.

Une autre possibilité éventuellement avantageuse pour la sti-

mulation d'un échantillon ne présentant aucun rayonnement propre suffisant peut être obtenue par une excitation définie à l'aide d'additifs chimiques comme par exemple des poisons

cellulaires. Un additif possible se trouve être avantageuse-

ment l'éthanol par exemple. Le rayonnement propre stimulé montre, comme le rayonnement propre naturel, une intensité et/ou une statistique photonique dépendant des conditions biologiques. Un dispositif avantageux pour mettre en oeuvre le procédé est caractérisé par le fait que dans une disposition définie par

rapport à un échantillon, c'est-à-dire à une distance déter-

minée de l'échantillon qui peut éventuellement être placé dans une cuvette transparente au rayonnement photonique, on

prévoit un détecteur photonique de rayonnement photonique ul-

tra-faible qui présente une sensibilité importante de décèle-

ment dans la gamme de longueurs d'ondes à analyser, entre

10000 et 200 nm. La valeur de sortie du détecteur est ampli-

fiée par un amplificateur de mesure qui se tient en communi-

cation avec un élément de mesure imprimant et/ou afficheur.

Les détecteurs avec des photo-cathodes en métaux alcalinset en matières composées à partir de plusieurs éléments, tels que Na, K, Cs, Sb sont apparus appropriés. On utilise de façon appropriée comme amplificateur de mesure une réalisation en soi connue sous la forme d'un photomultiplicateur ayant

un facteur d'amplification de V> 106.

Les exemples de réalisation de la présente invention sont illustrés schématiquement sur le dessin annexé, dans lequel la figure 1 représente l'évolution de l'émission photonique avec des graines de concombre la figure 2 représente l'évolution de l'émission photonique avec deux échantillons (échantillon 1: ligne en trait plein échantillon 2: ligne en pointillé) de sucs de betteraves de différentes qualités, et

la figure 3 représente un dispositif de mesure.

La courbe supérieure de la figure 1 illustre l'allure de l'émission photonique des graines de concombre sous la forme de taux de comptage des photons (PCR) qui ont été traitées

au moment indiqué A avec le poison cellulaire héparine. Im-

médiatement après l'administration d'héparine, l'émission

de rayonnement diminue tout d'abord pour ensuite, après plu-

sieurs heures, augmenter avec des fluctuations devenant plus nettes jusqu'après environ 11 heures, atteindre un niveau maximum qui montre, après une chute constante jusqu'à zéro;

la mort de la collectivité cellulaire.

Comme le montre la partie inférieure de la figure 1, cette al-

lure de courbe est contrée pan la protamine antagoniste. Immédia-

tement après l'administration de protamine au moment B, qui

a lieu environ 30 minutes après l'action du poison, on obser-

ve tout d'abord une montée spontanée de l'émission photonique qui, cependant, après quelque temps, se transforme en une

courbe à allure caractéristique des germes sains.

La figure 2 montre deux échantillons de sucs de betteraves de différentes qualités. Les échantillons ont été produits dans des conditions comparables par compression à froid et ont

été stockés environ 2 semaines jusqu'à la mesure.

On indique comme ordonnée la probabilité p (n,A t) pour que n photons soient enregistrés dans l'intervalle de temps de mesure At. La mesure est basée chaque fois sur 300 valeurs de mesure avec un Et sensiblement égal à 500 ms. L'abscisse est choisie comme le rapport n/fi, E étant la valeur moyenne du nombre de photons dans l'intervalle de mesureA t. On s'assure ainsi que différentes courbes de mesures ayant différentes

valeurs moyennes peuvent être comparées directement.

A partir de l'allure distincte de la courbe, on peut déter-

miner par des essais préalables chimiques ou de détection que l'échantillon 1 qui montre un éventail de dispersions plus

faibles de la courbe de répartition présente une qualité bio-

logique meilleure que celle de l'échantillon 2, c'est-à-dire

dans ce cas un goût plus naturel.

La probabilité p (n, At) est désignée comme la statistique photonique et indique avec quelle fréquence n photons (n = 1,

2, 3...) sont émis dans une période de mesure donnée At.

Pour obtenir des caractéristiques de qualités supplémentaires,

on peut éventuellement avoir des valeurs de mesures addition-

nelles des deux échantillons. On les trouve sur le tableau

suivant.

Valeur de Dispersion Moment facto- Paramètre

mesure m o riel du ler de dégé-

ordre. nérescence _2_ m Echantillon 40,86 10,56 0,04 1,73 1 comptages comptages comptages Echantillon 29,59 10,83 0,10 2,96 2 comptages comptages comptages Contrôle 21,92 9,53 0,14 3,14 comptages comptages comptages on voit ici également une différence aggravante du rayonnement

photonique ultra-faible entre les deux échantillons d'aliments.

La valeur moyenne du meilleur échantillon N 1 se situe, en tenant compte de la valeur de contrôle qui correspond à une cuvette vide servant d'enceinte de réception des échantillons, sensiblement deux fois plus haut que celle de l'échantillon plus mauvais N02. On voit également que les moments factoriels du

premier ordre et le paramètre de dégénérescence sont très dis-

tincts dans les deux échantillons.

Avec les matières carcinogènes, on suppose d'après les résul-

tats de recherche connus, que sont touchées des fonctions qui ne dépendent pas forcément du type de système biologique de recherche. Généralement, le caractère carcinogène d'une

matière dépend d'une spécificité moléculaire et donc ne dé-

pend pas du type du système biologique rencontré. La même observation est valable pour la mutabilité. Entre les tumeurs animales et végétales, il n'existe à priori aucune différence

de principe saisissable.

Pour tester le caractère carcinogène d'une substance, il suf-

fit donc généralement de se reporter à une collectivité cel-

lulaire sous la forme d'une plante d'essai qui présente une

émission photonique particulièrement accentuée et bien mesu-

rable. Ceci vaut par exemple pour les germes de concombres

analysés à la figure 1.

Dans des conditions comparables, les germes sont traités d'une part avec des substances connues non carcinogènes de configuration moléculaire similaire et, d'autre part, avec la

substance d'essai (ou l'agent) dont on doit tester la carci-

nogénéité. Dans les deux cas, l'intensité globale de l'émis-

sion photonique ultr-a-faible est recherchée dans une distri-

bution spectrale déterminée.

Si la statistique photonique p (n, At) varie avec la substance d'essai moins fort en direction d'une incohérence croissante du rayonnement dans le système biologique par rapport à la

substance de comparaison non carcinogène, on peut, en compa-

rant l'allure dans le temps de la statistique photonique, conclure à des propriétés non carcinogènes de la substance d'essai. Au contraire, lorsque les critères d'incohérence

peuvent être déterminés précisément, on peut conclure à l'ac-

tivité carcinogène de la substance d'essai.

La figure 3 explique, dans une représentation schématique simple, comment est constitué le dispositif de mesure utilisé selon la présente invention. on reconnaît une enceinte de

réception des échantillons 1 en quartz, dans laquelle la cul-

ture cellulaire à analyser est disposée. Devant sa surface de sortie se trouve un détecteur photonique 2 sous la forme d'une

photo-cathode. La valeur de sortie du détecteur est appli-

quée à un appareil de mesure 4 par l'intermédiaire d'un

amplificateur de mesure 3.

Claims

Revendications

1. Procédé pour tester les activités biologiques de collec-

tivités cellulaires qui émettent un rayonnement photonique propre ou ultra-faible stimulable, caractérisé en ce que, pour tester in vitro des substances en ce qui concerne leurs activités possibles d'altération ou de régénération, pour les cellules ou bien pour contrôler la qualité de substances biologiques comme des aliments, des plantes utiles ou des germes, on mesure en tant que grandeur d'essai l'intensité et/ou la statistique photonique de l'émission photonique ultra-faible.

2. Procédé selon la revendication 1 pour tester les activi-

tés biologiques d'agents physiques et/ou chimiques sur des

collectivités cellulaires de façon à rechercher dans des subs-

tances des activités d'altération ou de régénération pour les cellules, caractérisé en ce que l'émission photonique ultra-faible et la statistique photonique de la collectivité cellulaire saine ou malade ou mourante est déterminée sans l'agent, en ce que l'émission photonique est déterminée après influence de l'agent en tant que statistique photonique, et en ce que l'évaluation de l'agent eu égard à son influence

d'altération ou de régénération a lieu en recherchant si l'é-

mission photonique varie dans le sens d'une collectivité cellulaire

saine ou d'une collectivité cellulaire malade ou mourante.

3. Procédé pour contrôler la qualité de substances biologiques,

en particulier des aliments selon la revendication 1, par exem-

ple pour des aliments biologiques de conserves au début et pendant la durée de stockage, caractérisé en ce que l'étalon

de mesure de la qualité est la mesure de l'intensité de l'é-

mission photonique ultra-faible et/ou le cas échéant, sa sta-

tistique photunique.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'intensité de l'émission photonique ultra-faible et/ou le

cas échéant la statistique photonique est déterminée en asso-

ciation avec des caractéristiques de qualités connues basées sur un examen visuel, chimique, physique et/ou sensoriel, en ce oie l'intensité d.e l'émission photonique ultra-faible et/ou sa statistique photonique est déterminée pour l'échantillon biologique à analyser, et en ce que les caractéristiques de qualités sont établies d'après les valeurs de comparaison connues. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que,

avant de recueillir la statistique photonique sous l'in-

fluence de l'agent à tester, on recueille la statistique pho-

tonique sous l'influence d'un autre agent d'action connu et en ce que, pour juger du résultat de l'essai, on compare les

deux statistiques photoniques.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que,

avec une matière chimique à tester pour ses propriétés car-

cinogènes, on détermine une première statistique photonique avec une matière non carcinogène de constitution structurale chimiquement similaire, en ce qu'une deuxième statistique photonique est déterminée avec la matière à tester et en ce que les deux statistiques photoniques sont comparées l'une

avec l'autre du point de vue de l'incohérence du rayonnement.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2

et 3, caractérisé en ce que l'intensité de l'émission photo-

nique ultra-faible et/ou sa statistique photonique est mesu-

rée séparément dans différentes gammes spectrales.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2

et 3, caractérisé en ce que, avant et/ou pendant la mesure

de l'émission photonique ultra-faible, on fait agir addition-

nellement sur la collectivité cellulaire un champ magnétique

et/ou électrique.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un rayonnement lumineux d'une longeur d'onde définie agit sur la

collectivité cellulaire.

10. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'échantillon biologique avant et/ou pendant la mesure est stimulé par des additifs chimiques pour obtenir une émission

photonique.

1o i1. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce

que pour la stimulation on utilise de l'éthanol.

12. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une

quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce

qu'on prévoit une enceinte pour échantillons transparente au rayonnement photonique ultra-faible, en ce que, sur sa face de sortie du rayonnement, se trouve un-détecteur photonique qui présente une sensibilité importante au décèlement dans la gamme de rayonnements à analyser et en ce que la grandeur de sortie du détecteur est amplifiée par un amplificateur de mesure qui est en communication avec un élément de mesure

à imprimante et/ou à affichage.

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le détecteur servant à déceler le rayonnement photonique

est une photo-cathode.