Nanomédecine

La nanoingénierie dispense des traitements là où une molécule de taille normale ne peut accéder

Charles Wallace
30 June 2017

6 minutes

L'un des développements les plus passionnants de la recherche médicale est la nanomédecine, qui conçoit des traitements ciblés et personnalisés si minuscules qu'ils peuvent traiter les maladies comme jamais auparavant.

La dernière « grande avancée » de la recherche médicale est en fait incroyablement petite. C'est le monde de la nanomédecine, où les médicaments et les appareils sont si minuscules — plus petits que le plus petit grain de sable — qu'on les mesure en milliardième de mètre.

« Nanomédicine » est un terme général qui désigne un large éventail d'applications, comme les produits pharmaceutiques aux particules infinitésimales qui peuvent être guidées vers un emplacement précis du corps à des fins de diagnostic ou chauffées pour détruire les tumeurs, ou les robots minuscules qui pourront un jour naviguer dans les artères des patients pour aller enlever les plaques qui provoquent les crises cardiaques.

« Nous entrons dans l'ère de la médecine personnalisée », déclare Omid Farokhzad, directeur du laboratoire de nanomédecine et de biomatériaux à l'hôpital Brigham and Women's de Boston. « Nous allons voir apparaître beaucoup plus d'agents spécifiques et ciblés intelligents, capables de se déplacer à l'intérieur du corps, trouver la maladie et délivrer des substances thérapeutiques si et seulement si nécessaire. »

Les avantages potentiels de la nanomédecine ont donné naissance à des dizaines de startups dans le domaine de la santé, émanant souvent de laboratoires universitaires et financés par le capital-risque. Certains prédisent que le secteur peut rivaliser avec la révolution biologique, qui a produit des médicaments à succès à partir de sources biologiques telles que l'ADN recombiné, et créé une industrie dont la valeur est estimée à 200 milliards de dollars, d'après IMS Health, une société de services d'information et de technologie au service de l'industrie de la santé.

LE POUVOIR DE L'IMPERCEPTIBLE

Pourquoi plus c'est petit, mieux c'est ? Prenons une maladie telle que le cancer. Les traitements actuels comprennent presque toujours une certaine forme de chimiothérapie, des médicaments puissants qui attaquent les tumeurs cancéreuses. Cependant, parce qu'ils sont absorbés par l'ensemble de l'organisme, les médicaments de chimiothérapie provoquent également de nombreux effets secondaires indésirables, de la perte de cheveux aux lésions cardiaques.

Nano

Dans le Système international d'unités,
« Nano » signifie un milliardième. Une feuille de papier mesure 100 000 nanomètres Un brin d'ADN humain mesure 2,5 nanomètres de diamètre.

La nanomédecine permet d'éviter les effets secondaires en ciblant uniquement la tumeur. Par exemple, les tumeurs creusent des fissures microscopiques d'un nanomètre de large sur les vaisseaux sanguins. Contrairement aux médicaments traditionnels dont les molécules sont plus grosses, les nanomédicaments aux molécules d'un milliardième de mètre peuvent se glisser dans ces fissures et s'y accumuler. On appelle ce procédé « effet de perméabilité et de rétention tissulaire (ou effet « EPR »).

« Grâce à la perméabilité accrue, le médicament s'accumule davantage dans la tumeur que dans le tissu sain, et grâce à la rétention il y pénètre et s'y fixe », explique Steve Rannard, professeur de chimie à l'Université de Liverpool et cofondateur de la British Society for Nanomedicine.

Steve Rannard a participé à la création de trois startups, dont une qui utilise la nanotechnologie pour réduire la taille moléculaire des médicaments conventionnels pour le traitement du VIH, virus responsable du SIDA. Parce que les personnes porteuses du VIH doivent prendre un traitement chaque jour pour le restant de leur vie, une réduction considérable de la dose de médicament rend les pilules plus faciles à avaler ; et la réduction de la posologie contribue à diminuer les coûts engagés ou remboursés par les gouvernements et les assureurs. Steve Rannard élabore une version encore plus petite du médicament qui peut être injecté dans le tissu musculaire où il se libère lentement sur une période de plusieurs semaines, ce qui permet aux patients de mieux respecter leur programme de dosage.

« Si l'on trouve le moyen de réduire les désagréments liés à la prise de comprimé, alors c'est un domaine où la nanomédecine aura apporté une contribution importante », affirme Steve Rannard.

En Inde, des scientifiques utilisent des nanomédicaments polymères avec des molécules d'ARN, les éléments constitutifs de la vie, pour traiter la tuberculose. « En 2014, la maladie affectait 2,2 millions de personnes en Inde, soit plus d'un cinquième des cas à l'échelle mondiale », explique Prajakata Dandekar Jain, professeur adjoint au département des sciences et technologies pharmaceutiques à l'Institut de technologie chimique de Mumbai.

« Nous travaillons sur des molécules qui vont détruire la protéine responsable de la survie des bactéries de la tuberculose. » Le nanomédicament sera si petit qu'il pourra s'infiltrer dans la paroi cellulaire du mycobacterium tuberculosis, le virus à l'origine de la maladie. Le laboratoire de Prajakata Dandekar Jain utilise également l'EPR pour travailler sur les traitements du cancer.

UN DOMAINE EN PLEIN ESSOR

Pour gérer la complexité de la nanomédecine, des projets de recherche réunissent des scientifiques de plusieurs domaines différents, y compris la chimie, la physique, la biologie et l'ingénierie, et cela contribue à une véritable explosion de la recherche.

En 2000, après 20 ans d'existence, le domaine de la nanomédecine avait produit un total de seulement 1 200 documents de recherche. Depuis, le nombre d'articles a doublé chaque année. Aujourd'hui, les scientifiques publient 14 000 nouvelles études et 125 000 articles par an.

Selon Omid Farokhzad de l'hôpital Brigham and Women's, la nanomédecine a un potentiel révolutionnaire, si elle s'avère capable de convertir des médicaments actuellement injectés en médicaments administrables par voie orale. La difficulté, c'est que les protéines de la plupart des derniers médicaments biologiques ne peuvent pas traverser le système digestif, ce qui oblige les patients à les prendre par voie intraveineuse. Il leur est difficile de respecter le traitement parce que beaucoup détestent s'enfoncer des aiguilles sous la peau.

Pour changer les choses, l'équipe d'Omid Farokhzad a étudié comment les nourrissons allaités absorbent des anticorps humains du lait maternel. Malgré l'échec des premières tentatives d'exploitation de ce mécanisme, l'équipe d'Omid Farokhzad a réussi à placer des milliers de molécules d'insuline — qui est presque toujours injectée — sur une nanoparticule facilement absorbable par le tube digestif. « Nous avons obtenu des résultats assez étonnants », indique-t-il, ouvrant ainsi la voie à un éventuel traitement à l'insuline par voie orale.

Pour lutter contre l'obésité, son laboratoire a créé des nanoparticules qui ciblent le tissu adipeux comme d'autres nanomédicaments ciblent les tumeurs cancéreuses. Au lieu de détruire la graisse, les nanoparticules favorisent la formation de nouveaux vaisseaux sanguins qui contribuent à transformer le tissu adipeux blanc où la graisse est stockée en tissu adipeux brun, une sorte de « bon gras » qui brûle l'énergie. Les souris ayant reçu ce traitement ont perdu 10 % de leur poids corporel, donnant de l'espoir aux personnes atteintes d'obésité chronique.

Au lieu d'utiliser le procédé EPR, le traitement du gras repose sur des polymères spécialement codés avec des molécules cibles. Ces molécules se lient à des protéines dans les vaisseaux sanguins entourant le tissu adipeux, mais pas à celles se trouvant ailleurs dans le corps. « Cela ressemble beaucoup à l'utilisation d'un système GPS pour vous guider quand vous conduisez votre voiture », détaille Omid Farokhzad.

NANOMÉDECINE NON-MÉDICAMENTEUSE

On peut prévoir que l'intérêt des nanoparticules ne va pas se limiter aux traitements pharmaceutiques. Un traitement découvert récemment consiste à injecter à un patient de minuscules particules de fer appelées nanoparticules d'oxyde de fer super-paramagnétique (SPION). En utilisant des aimants, les SPION peuvent être dirigées vers un point spécifique du corps, tel qu'une tumeur connue. Une fois sur place, on augmente la force magnétique pour chauffer les SPION, ce qui détruit la tumeur. Selon le professeur Rannard, l'avantage du procédé réside dans le fait que la chaleur est localisée à l'intérieur de la tumeur, et qu'elle ne peut pas endommager d'autres parties du corps.

Une forme de traitement similaire a été testée avec des nanoparticules d'or, parce que l'or a un effet chauffant similaire. Cependant, au lieu d'utiliser des aimants, les scientifiques chauffent les nanoparticules d'or avec un laser ultraviolet qui pénètre dans la peau. Les nanoparticules chauffées détruisent les tumeurs sans causer d'effets secondaires.

Les nanoparticules peuvent également être déployées pour l'imagerie diagnostique non invasive. Par exemple, des SPION peuvent être déployées pour voir comment les vaisseaux sanguins se sont développés dans une tumeur et dans les tissus environnants. Les médecins obtiennent ainsi une sorte de cartographie qui les aide à déterminer le meilleur traitement.

Une autre application associe la technologie de l'Internet des objets aux nanoparticules, en un processus baptisé « poussière intelligente ». Par exemple, Proteus Digital Health, une société technologique basée à Redwood City, en Californie, commercialise déjà une solution appelée Proteus Discover. Elle se compose d'un capteur ingestible de la taille d'un grain de sable qui, lorsqu'il atteint l'estomac, transmet les données qu'il collecte à un patch dermique. Dans une autre application, lorsqu'il est logé dans une petite capsule de médicament, le capteur avertit les professionnels de santé que le patient prend ses médicaments comme prescrit.

ET ENSUITE, DES NANOCHIRURGIENS ?

Beaucoup de pistes sont explorées dans ce domaine, mais un traitement encore plus fantastique est déjà à l'étude. Les scientifiques ont mis au point des robots de taille nanométrique qui peuvent être dirigés par la lumière ou le magnétisme. Ils espèrent leur faire effectuer des tâches spécifiques, comme la suppression de la plaque artérielle. Mais ces concepts ne seront mis en œuvre que dans plusieurs années.

« Ces applications qui nous semblent un peu farfelues aujourd'hui, seront monnaie courante dans quelques dizaines d'années. Nous constatons déjà les avantages considérables que la nanomédecine peut apporter aux patients », explique Omid Farokhzad.

Pour en savoir plus sur ce secteur en plein essor, consultez le journal Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine :
http://3ds.one/nanomed

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