Des nanoparticules comme agents de dépollution
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Nanopoudre de SiO2 utilisée dans les processus de dépollution Certaines nanopoudres, très réactives, comme la nanopoudre de dioxyde de silicium (SiO2), sont utilisées dans les processus de dépollution. |
Toutefois, l’utilisation et la généralisation de procédés de dépollution ou de filtration intégrant des nanotechnologies supposent une bonne compréhension préalable du comportement des nanoparticules dans l’environnement afin de s’assurer qu’elles ne sont pas, elles-mêmes, sources d’effets non maîtrisés qu’il faudra traiter par la suite. Cf. le détail de ce phénomène de relargage.
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DEFINITION : Un xénobiotique
Un xénobiotique est une molécule chimique fabriquée par l’homme et que les êtres vivants ne produisent pas eux-mêmes. Les xénobiotiques (comme les composés chlorés et nitrés) sont en général très toxiques et persistent dans l’environnement.
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Des membranes céramiques nanoporeuses sont déjà utilisées pour assurer un meilleur filtrage dans la fourniture d’eau potable.
Des nanoparticules sont à l’étude pour la dépollution des eaux des nappes phréatiques. |
La santé
Durant les prochaines décennies, les populations de nombreux pays industrialisés vont voir s’accentuer deux évolutions : l’allongement de la durée de vie et le développement de modes de vie sédentaires. Sauf à agir sur les déterminants de la santé et renforcer la prévention, la combinaison des deux affectera nettement les systèmes de soins et de santé : certaines maladies liées au style de vie seront à la fois plus précoces et plus fréquentes, tandis que l’exigence du « bien vieillir » se généralisera. Néanmoins, les coûts des soins de santé ne pourront pas augmenter indéfiniment.
L’innovation, dans un contexte économique contraint, impose donc la prise en compte de l’ensemble du cycle lié à la santé (prévention, dépistage, diagnostic, traitement, suivi). En permettant dans certains cas de raccourcir ou optimiser ce cycle, les nanotechnologies et nanobiotechnologies contribuent au développement de produits innovants en santé. Pour le futur, leurs promesses sont considérables mais exigent aussi que leurs effets soient bien appréhendés (Voir Comment caractériser le danger et l’exposition).
Diagnostic : vers une meilleure visualisation
Lors des étapes de prévention, de dépistage et de diagnostic, l’enjeu
est de mieux visualiser et mieux détecter des anomalies à l’échelle
moléculaire.
En améliorant significativement le contraste entre lésions et tissus sains, elles permettent de détecter des métastases du foie, des ganglions lymphatiques métastatiques, ou de préciser un diagnostic dans les maladies inflammatoires ou dégénératives.
D’autres perspectives sont envisageables dans le domaine de l’imagerie médicale. |
Des nanoparticules d’oxyde de fer sont déjà utilisées comme agents de contraste pour l’imagerie par résonance magnétique (IRM)
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Des nanoparticules dotées de propriétés précises – comme la fluorescence - pourront servir de marqueurs : introduits dans l’organisme, ils aideront à mieux identifier et cibler les molécules ou les cellules que l’on souhaite observer.
Les tests de grossesse constituent aujourd’hui le premier marché pour les nanotechnologies en santé : leurs nanoparticules d’or permettent d’attraper les molécules de l’hormone de grossesse et de les fixer en quelques minutes seulement sur la bandelette test.
Thérapie : mieux cibler et réduire les effets secondaires
Les formes traditionnelles d’administration des médicaments ne sont plus adaptées aux nouvelles molécules à fort potentiel thérapeutique qui nécessitent d’être acheminées vers le site de leur action (une tumeur, par exemple), au niveau des tissus ou des cellules. C’est pourquoi le développement de la vectorisation de médicaments, c’est-à-dire leur acheminement par des véhicules tels que les protéines ou les liposomes, est un enjeu majeur. Les nanotechnologies sont appelées à y jouer un rôle important, en protégeant la molécule et en contrôlant sa libération.
Aujourd’hui déjà, il est possible d’améliorer la solubilité de certains médicaments et leur capacité à cibler plus spécifiquement les cellules malades en les encapsulant dans des structures creuses nanométriques. Ce principe a été appliqué avec succès dans plusieurs approches thérapeutiques, dans le traitement du cancer en particulier.
Une start-up française a, par exemple, associé dans un médicament prescrit dans certains cancers du sein chimiorésistants, une protéine, l’albumine, avec un agent déjà couramment utilisé. Sans solvant, il provoque moins d’effets secondaires. Un autre médicament, constitué d’un agent thérapeutique encapsulé dans un liposome, permet de diminuer les effets secondaires du traitement utilisé pour lutter contre les cancers ovariens. En dehors des indications en cancérologie, c’est cette même stratégie liposomale qui est également utilisée pour réduire les effets toxiques sur les reins que provoquait la formule classique d’un fongicide.
Exemples d’applications dans le traitement du cancer grâce aux nanotechnologies
Les nanotechnologies peuvent trouver des applications dans toutes les phases du cycle lié à la maladie : dépistage, diagnostic, traitement, suivi.
Les nanotechnologies ont également des applications vaccinales. Il s’agit de créer des virosomes, pseudoparticules virales dépourvues de tout matériel génétique et comportant les antigènes vaccinaux. Ce type de présentation des antigènes aux cellules immunitaires est particulièrement efficace. Plusieurs vaccins de ce type sont déjà sur le marché, notamment les vaccins anti-papillomavirus, visant à prévenir certains cancers du col de l’utérus.
Demain, il sera possible d’envisager la conception de médicaments optimisant à la fois le ciblage des cellules malades, l’efficacité thérapeutique et la diminution des effets secondaires, le tout intégré dans la formulation du médicament.
Enfin, en médecine régénératrice, les nanotechnologies vont dans le sens d’un meilleur contrôle des techniques cellulaires et tissulaires (différenciation de cellules souches, culture de tissus ex vivo, réimplantation in vivo contrôlée…).
| EXPLICATION : La vectorisation est l’une des stratégies d’acheminement de substances actives dans l’organisme. L’objectif : utiliser des nanovecteurs qui concentrent des molécules médicamenteuses ou des suppléments vitaminiques et peuvent atteindre spécifiquement des cellules ou organes cibles. Pour cela, des travaux sont menés sur la façon de les intégrer à des aliments dont le goût et la texture demeurent attrayants pour le consommateur, mais aussi sur les moyens de protéger les substances actives lors de leur transport vers les cibles et de permettre leur diffusion (relargage) et leur action dans l’organisme au bon moment. |
| DÉFINITION : Protéines Molécules constituées de longues chaînes d’acides aminés (les éléments de base), elles sont présentes dans tous les organismes vivants et les virus. Elles jouent un rôle primordial (construction et réparation de l’organisme, notamment). On les retrouve sous différentes formes : enzymes, hormones, récepteurs, neurotransmetteurs… |
DÉFINITION : Liposome Vésicule artificielle, imitant l’enveloppe de la cellule vivante. Elle possède la capacité d’encapsuler et de protéger, par exemple, des protéines ou du matériel génétique. Cette propriété fait que les liposomes sont utilisés comme vecteurs ou transporteurs en pharmacologie et en génétique. |
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Modélisation informatique d’un liposome Comme le montre cette modélisation, l’une des applications des nanotechnologies en matière de traitement pourrait consister à encapsuler un médicament (figuré en bleu) dans une enveloppe artificielle (liposome) qui l’achemine spécifiquement à l’endroit de l’organisme où il est relargué pour agir. |
Vers une médecine plus personnalisée
Les nanotechnologies contribuent également aux sciences biologiques et médicales car elles fournissent les moyens de mieux constater la complexité du vivant, et donc d’intervenir sur ses dysfonctionnements en prenant en compte les spécificités biologiques de chaque organisme. Elles apportent des moyens déterminants pour concevoir des traitements sur mesure.
| Deux voies thérapeutiques contre le cancer
Une équipe du CNRS a imaginé de coupler les nanoparticules formées
spontanément par le squalène, un composé naturel à l’origine du
cholestérol, à un médicament. Elle espère faciliter son injection par
voie intraveineuse ou son entrée dans la cellule, ce qui diminue les
résistances au médicament.
Les premiers résultats obtenus sur l’animal en associant un anticancéreux au squalène sont encourageants. L’étude de la toxicologie de ce composé est déjà prévue et devrait faire l’objet d’un essai clinique de phase I. Une autre équipe du CNRS a mis au point un dispositif ultrasensible, intégrable sur une puce, permettant de détecter les moindres interactions entre biomolécules. L’objectif est de détecter de très faibles quantités de marqueurs cancéreux. Le dispositif est basé sur des nano-électrodes, dont la taille de 30 nanomètres de large est comparable à celle des biomolécules à détecter. Leur capacité à conduire le courant électrique est modifiée par la présence de nanobilles d’or de 90 nanomètres de diamètre, greffées sur les protéines. En étant capable de joindre les électrodes, elles exaltent la réponse électrique. Ce dispositif est en cours de validation au sein du cancéropôle de Toulouse pour le diagnostic en cancérologie. |