Les nanotechnologies révolutionnent de manière profonde de nombreux domaines. La santé est sans doute un de ceux qui vont bénéficier largement de l'apport des nanosciences. Alors que les traitements se font à l'heure actuelle de manière macroscopique, la nanomédecine ouvre la voie à des traitements ciblés et personnalisés. Ce domaine est très présent à Houston qui accueille, face à face, l'université où sont nées les nanotechnologies en 1985 et qui reste le leader mondial en science des matériaux, Rice University, et le plus grand centre médical du monde, le Texas Medical Center.

Le Methodist Hospital au coeur du Texas Medical Center

Le Texas Medical Center de Houston a été créé en 1945, suite à la mise en place de la fondation M.D. Anderson en 1937. Ce riche industriel texan avait en effet remarqué qu'à sa mort, une grande partie de sa fortune reviendrait à l'état et il était décidé à ce que cela n'arrive pas. Il avait en réaction mis en place une fondation pour financer des projets dans les sciences médicales qui reçu 19 millions de dollars à son décès en 1939.

Les fonds permirent d'acheter un terrain au sein de Houston dédié uniquement à la construction d'hôpitaux et de centre médicaux. Aujourd'hui, 49 institutions liées aux sciences médicales se sont implantées sur le site. Près de 100.000 personnes - dont plus de 20.000 cliniciens et chercheurs - y travaillent chaque jour et 6 millions de patients y sont soignés annuellement. Les hôpitaux disposent aussi de centres de recherche qui brassent plus de 6 milliards de dollars de dépenses en recherche médicale chaque année.

Parmi les institutions de recherche phares du Medical Center se trouvent le MD Anderson Cancer Center [1], le Brown Institute for Molecular Medicine [2] ou encore le Methodist Hospital Research Institute (TMHRI) [3,4]. Dirigé par le Prof Mauro Ferrari, ce dernier s'est installé dans des locaux flambants neufs il y a quelques mois. Plus de 40.000 m2 dédiés à la recherche médicale et à l'enseignement sur les techniques de pointe. Parmi les équipes constituées, un groupe de chercheurs travaille sur l'application des nanotechnologies à la détection et aux traitements des maladies, notamment du cancer.

Les travaux en nanomédecine au TMHRI

Les processus biologiques assurant la vie se produisent à l'échelle des molécules, c'est-à-dire à l'échelle nanométrique. Les nanoobjets présentent alors l'avantage, par leur taille, de pouvoir interagir directement avec les processus biologiques à l'intérieur des cellules vivantes. Pour assurer cette interaction, il faut choisir les matériaux en fonction de leur taille, de leur composition, de leur forme ou encore de leurs propriétés. Pour obtenir les outils adéquats, le travail des chercheurs est semblable à l'assemblage d'un jeu de légo : trouver un matériau qui va servir de moyen de transport et y accrocher divers molécules. Certaines qui permettent de cibler des cellules données, cancéreuses par exemple. D'autres qui, sous l'effet d'une excitation extérieure, vont devenir luminescentes pour fournir une image des tissus. D'autres encore qui serviront de médicament et viendront traiter la cellule en question ou alors qui viendront la détruire.

L'équipe Nanomédecine du Méthodist travaille sur un concept de structure à "plusieurs étapes" (multistage) [5]. Les chercheurs ont développé des nanoparticules de silicium poreux dont la taille est de l'ordre de quelques centaines de nanomètres. Ce matériau présente les avantages de pouvoir être produit facilement en grande quantité, d'être biodégradable via des processus différents en fonction de sa taille et de sa forme et d'être biocompatible. Ces nanoparticules en forme de coupelle, de disques, de sphères ou de bâtonnets servent de vecteur. Au sein de leurs pores peuvent être ajoutées d'autres nanoparticules plus petites comme des nanosphères d'or fonctionnalisées pour l'imagerie ou le traitement.

Les nanoparticules de silicium poreux s'intègrent dans les membranes des cellules. Les cellules ainsi chargées ne voient pas leur activité modifiée et peuvent ainsi continuer leur évolution et même endurer une mitose. Une fois intégrées, les nanoparticules qui ont été transportées au sein des particules de silicium poreux peuvent être libérées directement dans la cellule ciblée. La difficulté des traitements repose ainsi sur la possibilité de franchir les différentes barrières naturelles à toutes les échelles (organe, tissu, cellule) afin d'apporter au bon endroit l'élément qui va interagir avec le processus moléculaire défaillant. La technique multistage permet d'atteindre le niveau ultime : les réactions internes à la cellule. A la clé de ces processus, différents traitements sont possibles. Cibler les cellules cancéreuses pour provoquer leur autodestruction. Cibler des organes comme la rate pour provoquer une réaction vaccinale. Délivrer des antibiotiques ou des antalgiques de manières extrêmement précise afin de réduire les doses.

Les nanomatériaux peuvent aussi servir d'échafaudages pour améliorer la régénération des tissus, surtout des os dans le cas de fractures actuellement non réductibles et nécessitant l'amputation. Une autre voie de recherche concerne le développement de systèmes permettant de délivrer de manière contrôlée dans le temps des médicaments à travers des nanocanaux. Ces travaux pourraient permettre de créer des glandes artificielles et d'améliorer aussi les traitements dans le cadre de la chronothérapie.

Il reste encore à étudier la potentielle toxicité pour l'organisme de ces nanoparticules en fonction des dosages utilisés et de leur évolution dans le corps. Mais, même si ces travaux en sont encore au stade expérimental, ils témoignent du potentiel des nanotechnologies dans leur application aux sciences médicales.

Des possibilités de financement et de collaboration

Ce potentiel s'exprime par l'importance des financements aujourd'hui déployés notamment pour les recherches sur le traitement du cancer pour lequel les nanotechnologies présentent une réelle avancée. Au Texas, la recherche sur le cancer fait l'objet d'une attention particulière avec le développement du Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT) [6]. Ce programme, approuvé par référendum en 2007, autorise l'état du Texas à financer la recherche de pointe sur le traitement du cancer à hauteur de 3 milliards de dollars sur 10 ans. L'équipe de nanomédecine du Methodist Hospital en a déjà bénéficié.

Par ailleurs, afin de développer ses activités de recherche par des collaborations, le Methodist Hospital a mis en place récemment la Methodist Academy, un programme permettant de financer la mobilité des étudiants et des chercheurs pour que ces derniers viennent effectuer des séjours au sein des équipes de recherche du TMHRI [7].

SOURCE: Vincent Reillon - Visite de l'équipe Nanomédecine du TMHRI, Houston - 29-30 août 2011

Les «nanomatériaux» sont des matériaux dont les constituants principaux ont des dimensions comprises entre 1 et 100 milliardièmes de mètre : telle est la teneur de la recommandation adoptée récemment par la Commission européenne.

Cette dernière estime que cela marque un progrès important dans la protection des citoyens, puisqu'il s'agit de "définir clairement les matériaux qui doivent recevoir une attention particulière dans le cadre d'une réglementation spécifique."

Les nanomatériaux sont déjà utilisés dans des centaines d'applications et de produits de consommation, depuis les pâtes dentifrices jusqu'aux batteries, aux peintures et aux vêtements. Le développement de ces substances novatrices, qui présentent aussi un potentiel prometteur dans des domaines tels que la médecine, la protection de l'environnement et le rendement énergétique, représente un enjeu important pour la compétitivité européenne.

Étant donné, toutefois, que des incertitudes demeurent sur les risques qu'ils posent, il est nécessaire de disposer d'une définition claire pour s'assurer que toutes les règles de sécurité chimique appropriées sont appliquées. La définition sera utile à toutes les parties prenantes, et notamment aux associations professionnelles, car elle apporte de la cohérence dans un contexte où les divers secteurs utilisent aujourd'hui toute une série de définitions différentes. La définition sera revue en 2014 à la lumière des progrès techniques et scientifiques.

« Je suis heureux de pouvoir dire que l'UE est la première à proposer une désignation universelle des nanomatériaux qui devra être utilisée à toutes fins de réglementation. Nous présentons une définition solide fondée sur des avis scientifiques et les conclusions d'une vaste consultation. Les entreprises ont besoin, dans cet important secteur économique, d'un cadre réglementaire clair et cohérent, et les consommateurs ont droit à une information précise sur ces substances. Notre démarche est un grand pas en avant dans la prise en charge d'éventuels risques pour l'environnement et la santé publique, qui vise aussi à faire en sorte que cette nouvelle technologie réalise pleinement son potentiel » a déclaré Janez Potocnik, membre de la Commission chargé de l'environnement.

La recommandation concrétise en outre la promesse faite en 2009 au Parlement européen de formuler une définition unique applicable sans distinction dans tous les actes législatifs en rapport avec les nanomatériaux.

La définition adoptée se fonde sur une démarche prenant en compte les dimensions des particules constitutives des matériaux, plutôt que des considérations de risque ou de danger. Elle décrit le nanomatériau comme «un matériau naturel, formé accidentellement ou manufacturé contenant des particules libres, sous forme d'agrégat ou sous forme d'agglomérat, dont au moins 50 % des particules, dans la répartition numérique par taille, présentent une ou plusieurs dimensions externes se situant entre 1 nm et 100 nm».

Cette définition se fonde sur des avis scientifiques du Comité scientifique des risques sanitaires émergents et nouveaux (CSRSEN/SCENIHR) et du Centre commun de recherche (CCR). Le projet de définition a fait l'objet d'une consultation publique.

Enerzine

Une équipe de chercheurs menée par Pr. Thomas Webster à Brown University, Providence (RI) [1,2] a mis au point un patch composé de nanotubes de carbone favorisant la régénération des cellules du coeur détruites après un infarctus, faute d'apport en oxygène. Lors d'expériences in vivo, le tissu cardiaque s'est montré six fois plus dense en présence du nanopatch conducteur qu'en son absence [3], ce qui confirme l'efficacité du patch. Fait de chaînes minuscules d'atomes de carbone repliées sur elles-mêmes pour former des nanofibres, il conduit l'électricité et imite la surface rugueuse des tissus naturels. Les chercheurs ont observé que plus la concentration de nanotubes était élevée, plus la régénération des cellules cardiaques était efficace.

Selon l'American Heart Association, un tiers des femmes et un cinquième des hommes qui ont subi un infarctus du myocarde en auront un autre dans un délai de six ans. En 2009, des chercheurs suédois, français et américains [4] ont constaté, grâce au dosage du carbone 14, qu'à l'âge de 50 ans, 55% des cellules cardiaques datent de la naissance et 45% ont été générées par la suite. Ces résultats témoignent du faible taux de régénération des cellules cardiaques, d'où l'intérêt de développer une méthode qui accélère leur multiplication après un infarctus.

Le nanopatch et la destruction des cellules du coeur lors d'un infarctus

Au cours d'un infarctus, une partie du myocarde est privée d'oxygène, ce qui entraîne la douleur puis la mort de cellules cardiaques musculaires et nerveuses privées d'oxygène et nécessaire au bon fonctionnement du coeur. Après l'infarctus, le tissu ne peut pas se régénérer de lui-même, le rythme cardiaque est donc perturbé et affaiblit, on parle alors d'insuffisance cardiaque. De nombreuses études sont en cours afin de trouver des moyens de régénérer ou de réparer ces tissus endommagés. Plusieurs méthodes se basent sur l'injection de cellules souches prélevées sur le patient dans le coeur endommagé pour qu'elles s'y multiplient et différencient.

T. Webster affirme que les recherches menées à Brown University sont porteuses d'espoir car le patch a la spécificité d'aider trois types de cellules à se régénérer : les cellules musculaires ou cardiomyocytes qui font battre le coeur, les cellules nerveuses qui les aident à se contracter et les cellules endothéliales qui tapissent les vaisseaux sanguins à proximité du coeur. Les conclusions ont montré que le patch de nanotubes de carbone est semblable au tissu cardiaque naturel, ce qui accélère la régénération de ces trois types de cellules qui fonctionnent de façon interdépendante.

Perspectives de recherche

L'équipe de T. Webster essaie maintenant d'améliorer les nanomatériaux du patch afin de créer un patch qui imiterait au plus près les tissus naturels. La conductivité du nanopatch est aussi étudiée, le but étant qu'il ait la même conductivité que le tissu cardiaque. La prochaine étape sera de faciliter l'application du patch, maille d'environ 22 mm de long et d'une épaisseur de 15micro-m [3], sur le système cardiaque en évitant l'opération chirurgicale.

Bien sûr, des tests chez les animaux précéderont l'application de ce patch aux patients victimes d'un infarctus. Contrairement à d'autres matériaux utilisés en génie tissulaire, le patch de nanotubes de carbone aurait l'avantage de ne pas se dégrader dans le corps.

SOURCES:

	Source :			- [1] D. A. Stout, B.Basu, T. J. Webster, "Poly(lactic-co-glycolic acid): Carbon nanofiber composites for myocardial tissue engineering applications", Acta Biomaterialia, Disponible en ligne Mai 2011 - [2] Lien pour l'article "A Nanotube Patch to Help Heal the Heart" sur le site du MIT - http://www.technologyreview.com/biomedicine/37610/?p1=MstRcnt - [3] Lien pour l'article "Researchers create nanopatch for the heart" sur le site de Brown University - http://news.brown.edu/pressreleases/2011/05/nanopatch - [4] O.Bergmann, R. D. Bhardwaj, S. Bernard, S. Zdunek, F. Barnabé-Heider, S.Walsh, J.Zupicich, K. Alkass, B. A. Buchholz, H. Druid, S. Jovinge and Jonas Frisén. "Evidence for Cardiomyocyte Renewal in Humans", Science, 2009; 324 (5923).
	Rédacteur :			Johanna Ferrand, deputy-sdv.at@ambascience-usa.org

 Les nanoparticules, de part leur taille et leur réactivité, pourraient être amenées à poser des problèmes pour la santé et l'environnement. De nombreux travaux portent à l'heure actuelle sur la toxicité intrinsèque potentielle de ces composés (nanoparticules métalliques ou argileuses, nanotubes de carbone, etc.). Le risque posé étant fonction de la toxicité intrinsèque des matériaux et de leur exposition, le seul moyen d'utiliser les nanomatériaux de manière responsable consiste pour le moment à éliminer l'exposition des organismes et de l'environnement aux nanomatériaux.

De nouveaux matériaux nanocomposites apparaissent de manière continue sur le marché. Ces derniers sont formés d'une matrice classique (ciment, polymères, etc.) renforcée par l'ajout de nanoparticules afin de donner au composé final de meilleures propriétés : résistance, conductivité, propriétés optiques, etc. L'utilisation de nanoparticules peut aussi entraîner une réduction du coût énergétique de fabrication, prolonger la durée de vie des matériaux ou encore faciliter leur recyclage.

Par exemple, les travaux d'Andrew Whelton de l'University of South Alabama concernant les canalisations d'eau et les emballages alimentaires. Ces derniers sont maintenant constitués de nanocomposites à base de polymères et de nanoparticules d'argiles - Polymer Clay NanoComposite - qui renforcent le matériau, évitent la combustion et préviennent les échanges de gaz. La libération potentielle de ces nanoparticules dans l'eau ou la nourriture n'a pas encore été étudiée de manière approfondie et il n'existe que peu de données pour statuer sur la sûreté de ces nanocomposites. Pour Whelton, il y a urgence étant donné qu'une grande partie des canalisations d'eau doivent être remplacées aux Etats-Unis dans les prochaines années.

Les nanoparticules sont normalement piégées dans la matrice. L'environnement et les conditions d'utilisation ou de traitement en fin de vie de ces nanocomposites - abrasion mécanique, lavage, diffusion dans la matrice, combustion, etc. - peuvent éventuellement entraîner la libération de nanoparticules. Une session de la conférence Nanotech 2011 a permis de présenter différents travaux réalisés sur cette question.

La dégradation par abrasion

François Tardif, responsable du Laboratoire nanoChimie et sécurité des Nanomatériaux (LCSN) au Commissariat à l'Energie Atomique, étudie la libération des nanoparticules par abrasion mécanique. Il utilisait un processus standardisé, l'abrasion Taber, pour analyser les conséquences d'une abrasion mécanique sur des crèmes solaires, des peintures ou encore des tissus contenant des nanoparticules d'argent. Il était assez rare de détecter des nanoparticules libérées. Etaient-elles bien accrochées ou la méthode d'abrasion était-elle mal adaptée ? Pour tester la seconde hypothèse, Tardif a modifié l'appareil afin d'augmenter les forces de frictions.

Ses travaux sont parvenus à mettre en évidence que des particules d'une taille proche de 200 nm déposées sur une surface peuvent être libérées lorsque l'on applique une force de friction suffisante. Cependant, étant donné leur taille, ces dernières se trouvent généralement accrochées à la surface par des forces électrostatiques de Van der Waals. Elles ne peuvent ainsi pas être libérées. L'appareil standard ne fourni pas les micro-chocs d'intensité suffisante pour parvenir à arracher les particules de la surface. Cette situation montre qu'il est difficile de libérer des nanoparticules même lorsqu'elles sont simplement déposées sur une surface. Cela pose notamment le problème de savoir si une surface, une paillasse de laboratoire par exemple, est propre puisqu'il est difficile de récolter les éventuelles nanoparticules qui s'y trouveraient.

La dégradation photochimique

Tinh Nguyen du National Institute for Standards and Technology (NIST) travaille sur les nanocomposites ayant comme matrice des polymères. Ces derniers sont photosensibles et se désagrègent lorsqu'ils sont exposés aux ultra-violets. Or, les polymères sont une matrice de choix, par exemple pour les matériaux composants les pales des éoliennes. Nguyen dispose d'une chambre de rayonnement qui permet d'exposer les nanocomposites à une intensité d'UV correspondant à 22 soleils, ou encore 40 années d'ensoleillement en Floride, afin de simuler le vieillissement de ses matériaux.

Dans l'étude qu'il a présentée, Nguyen analyse le vieillissement d'une matrice de polymères contenant des nanotubes de carbone à multifeuillets. Au final, après 43 jours d'exposition intense, le matériau à perdu 1% de sa masse. Sa surface laisse apparaître de nombreux nanotubes, normalement inclus dans la matrice de polymères. Cependant, Nguyen n'a mesuré aucune libération de ces nanotubes. Il semble qu'au fur et à mesure que la matrice de polymères se dégrade, les nanotubes sont découverts. Comme ils sont longs, seule leur extrêmité se trouve ainsi exposée. Ils forment alors un film protecteur qui vient prévenir une dégradation plus avant de la matrice, stoppant ainsi le processus. Par contre, exposés ainsi, ils peuvent être plus vulnérables à une abrasion mécanique. Une telle situation illustre la complexité du problème à traiter. Les dégradations peuvent être diverses et combinées mais les chercheurs doivent s'employer à les étudier séparément.

Pour essayer de résoudre ce paradoxe Wendel Wohlleben de BASF a présenté ses travaux sur l'effet combiné de plusieurs dégradations - utilisation normale, forte abrasion mécanique et érosion naturelle - sur différents matériaux [1]. Les résultats qu'il obtient montrent que l'utilisation normale des nanocomposites ne conduit à aucune libération de nanoparticules. L'érosion naturelle des composites contenants des nanoparticules de silice ne rejette rien non plus. Pour ce qui est des nanotubes de carbone, Wohlleben arrive aux mêmes conclusions que Nguyen. La forte abrasion mécanique entraîne la mise à nue des nanotubes de carbone mais il semble qu'ils restent intégrés à la matrice à au moins plus de 95%. Cette technique entraîne plutôt la création de microparticules dans lesquelles les nanomatériaux sont toujours inclus.

La dégradation par combustion

Charles Motzkus du Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE) et Dominique Fleury de l'Institut National de l'EnviRonnemnet Industriel et des riSques (INERIS) travaillent sur la possibilité de libération de nanoparticules par combustion des nanocomposites. Cette question est essentielle étant donné que de nombreux matériaux sont valorisés en fin de vie par combustion dans le but de produire de l'énergie. La combustion modifie les propriétés chimiques et physiques des composés et peut conduire à des résultats très divers en fonction de la nature des comburants.

Motzkus a montré que des nanoparticules sont libérées lors de la combustion mais que tous les paramètres - nature des nanoparticules, nature de la matrice, mode de combustion - entrent en jeu dans le processus. Il poursuit donc ses travaux afin de pouvoir isoler plus précisément l'influence de ces différents paramètres. Fleury de son côté observe la libération de nanotubes de carbone lors de la combustion des nanocomposites en contenant. Cependant, il n'a pas réussi à mettre en évidence de manière claire l'origine de ces nanotubes. S'agit-il de nanotubes libérés ou de nanotubes se formant lors de la combustion ? Il semble par ailleurs qu'une partie des nanotubes soit aussi détruite. Les expériences de Fleury sont pour le moment qualitatives et, pour répondre à ces interrogations, d'autres travaux sont nécessaires.

Le rôle des agences fédérales

Les agences fédérales suivent ces questions de près. Treye Thomas travaille pour la Consumer Product Safety Commission (CPSC) [2]. Cette agence a été créée en 1973 en lien avec la Food and Drug Adminstration (FDA) par le Consumer Product Safety Act. La CPSC a pour but de réguler un vaste éventail de produits : jouets, appareils électriques, matériaux de construction domestiques, etc. Depuis quelques années, ses capacités n'ont cessé de progresser. Elle dispose de nouveaux laboratoires afin de pouvoir tester les produits dont elle est en charge. Elle ne délivre pas d'autorisation de mise sur le marché mais réalise des contrôles a posteriori. Les industriels ont donc la responsabilité de s'assurer que les produits qu'ils produisent sont sûrs.

En 2005, la CPSC avait énoncé que ses lignes de conduite étaient efficaces pour prendre en compte les nanomatériaux. Depuis l'agence a rejoint le programme fédéral National Nanotechnology Initiative et poursuit des travaux de recherche sur la sureté des nanomatériaux en collaboration avec la FDA et le National Insitute for Occupationnal Safety and Health (NIOSH). La question qui se pose pour l'agence est de savoir quels sont les produits qui contiennent réellement des nanoparticules parmi ceux qui l'annoncent. Ces travaux ont ainsi pour but de s'assurer que les produits sont correctement étiquetés et que le consommateur est bien informé.

SOURCES:

Les bactéries ne cessent d’interagir les unes avec les autres. Par exemple, en libérant des molécules qui agissent comme des signaux sur les bactéries voisines. Ou encore, en entrant en contact grâce à un pilus, un tube protéique très fin qui permet le passage d’ADN. Mais le mode de communication que viennent de découvrir Sigal Ben-Yehuda et Gyanendra Dubey, de l’université hébraïque de Jérusalem, est très différent : il s’agit de larges tubes membranaires capables de véhiculer non seulement de l’ADN, mais aussi de grosses protéines. Une découverte qui, si elle est confirmée par d’autres équipes, constituerait une forme de communication totalement nouvelle.

« C’était accidentel », raconte Sigal Ben-Yehuda. En scrutant des bactéries Bacillus subtilis placées sur son microscope à fluorescence, la chercheuse fait une observation surprenante : certaines bactéries, modifiées génétiquement pour exprimer une protéine fluorescente nommée GFP, semblent transmettre leur brillance à leurs voisines, qui, elles, ne possèdent pas le gène de la GFP.

Intriguée, elle met au point une série d’expériences destinées à comprendre ce phénomène. Elle constate que des bactéries fixées sur des supports solides construisent entre elles des nanotubes capables de transférer de grosses protéines comme la GFP, ainsi que de l’ADN. Qui plus est, ce type d’échange a lieu même entre bactéries d’espèces différentes, par exemple Bacillus subtilis et Staphylococcus aureus. Les images en microscopie électronique montrent de multiples connexions tubulaires entre bactéries voisines, de 30 à 130 nanomètres de large et d’environ un micromètre de long. Des connexions à l’intérieur desquelles on peut même détecter des molécules de GFP préalablement marquées.

La chercheuse s’interroge : ces tunnels peuvent-ils véhiculer des protéines de résistance aux antibiotiques ? Avec Gyanendra Dubey, elle cultive deux lignées bactériennes, l’une résistante à l’antibiotique chloramphenicol, l’autre à la lyncomycine. Mises en présence des deux antibiotiques, les deux lignées survivent si elles sont cultivées ensemble, alors que séparément, elles s’éteignent. C’est la preuve qu’elles se transmettent l’une l’autre des molécules leur permettant de résister de façon transitoire. Pour Philippe Noirot, spécialiste de génétique microbienne à l’Institut national de la recherche agronomique : « Si ce phénomène est aussi général que les auteurs le suggèrent, il expliquerait des résistances aux antibiotiques observées chez des bactéries qui n’ont pourtant pas le matériel génétique nécessaire. C’est une découverte stimulante. »

La Recherche

Des chercheurs issus de l'Institute of Bioengineering and Nanotechnology (IBN), un institut singapourien du BMRC de l'Agence singapourienne pour la Science, la Technologie et la Recherche (A*STAR) et de IBM Research - Almaden, situé près de San José en Californie (USA), ont développé des nanoparticules à base de polymères biodégradables, afin de combattre des super bactéries résistantes aux antibiotiques conventionnels, telle que la "Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus" (MRSA). Ces bactéries sont très présentes sur la peau et peuvent être contractées dans de nombreux lieux publics tels que les écoles ou les hôpitaux.

Ces polymères synthétiques, qui transportent donc des charges de médicaments, possèdent des propriétés antimicrobiennes très intéressantes et un mode d'interaction aux cellules infectées particulier dont voici le mécanisme :

1) Dans l'organisme, ils s'auto-assemblent d'abord en nanoparticules quand ils se dissolvent dans l'eau. Avant d'interagir avec la membrane bactérienne, contrairement à d'autres polymères, ces nanoparticules créent donc de nouvelles structures qui sont attirées vers la membrane des cellules infectées par le biais d'interactions électrostatiques. La structure cible ainsi sélectivement.

2) Avec précision, les antibiotiques peuvent ainsi pénétrer dans la cellule et la détruire de l'intérieur après avoir été déposés par les nanoparticules.

3) Les nanoparticules, étant biodégradables, sont ensuite éliminées naturellement par le corps.

A noter que ces nanoparticules ont la capacité d'éliminer des bactéries sans provoquer d'hémolyse, c'est-à-dire sans détruire de globules rouges sains, et, étant biodégradables, elles ont un grand potentiel pour traiter des maladies infectieuses in-vivo. Comme seule une faible concentration est requise, leur toxicité pour l'organisme humain est limitée.

Cette découverte de première importance a été conçue en 2007 et les polymères antimicrobiens ont été testés sur des échantillons cliniques microbiens par le State Key Laboratory for Diagnosis and Treatment of Infectious Diseases, First Affiliated Hospital, College of Medicine lié à l'université de Zhejiang en Chine.

Bulletins Electroniques

La société McPhy Energy propose une solution attractive pour le stockage de l'hydrogène sous forme solide. Celle-ci a déjà séduit deux entreprises italienne et japonaise. 

Le groupe Enel, plus grande entreprise d'électricité d'Italie et deuxième en Europe en termes de capacités installées, a récemment commandé à McPhy Energy un système de stockage d'une capacité de 2 kg d'hydrogène sous forme d’hydrure de magnésium. Le réservoir a été conçu suite aux essais réalisés au CEA-Liten de Grenoble sur le réservoir pré-industriel Hymage (au cours de cette évaluation, le réservoir McPhy Energy a été couplé à un électrolyseur et à une pile à combustible).

La solution de McPhy Energy sera intégrée dans une chaine complète de technologies innovantes dont l'éolien, le photovoltaïque, la production et le stockage d'hydrogène. Le réservoir Mc Phy Energy sera installé sur la zone d'expérimentation de Livourne (Italie) et le projet sera supervisé par un groupe de chercheurs du Centre de Recherche d'Enel de Pise.

Moins d’un mois plus tard, c’est Iwatani Corporation, la première société sur le marché de l’hydrogène au Japon, qui a signé un contrat avec McPhy Energy pour la fourniture d’un système de stockage de 4 kg d’hydrogène. McPhy Energy installera un système complet de stockage d’hydrogène industriel sur un site d’Iwatani, au Japon. Le contrat a été signé après que les experts d’Iwatani aient, pendant un an, évalué la technologie de McPhy Energy et visité les installations des laboratoires du CNRS et du CEA en France où les réservoirs de McPhy sont déjà utilisés.

« En fournissant l’hydrogène de manière fiable, sûre et économique, Iwatani fait avancer la quête japonaise d’une réelle économie de l’hydrogène », déclare un responsable du marché hydrogène d’Iwatani. « La technologie de stockage solide de McPhy Energy offre une solution unique aux défis de ce marché. »

Ces deux commandes marquent le véritable développement commercial de la technologie McPhy Energy qui détient des droits exclusifs sur un portefeuille de brevets uniques, qui sont l'aboutissement de plus de 8 années de recherche au CNRS et au CEA, en partenariat avec l'Université Joseph Fourier. Ce procédé, caractérisé par un stockage de l’hydrogène sous forme solide, dans des hydrures de magnésium, qui ne requiert pas de compression, constitue une solution innovante pour un stockage sûr et réversible de l’hydrogène, avec une excellente efficacité énergétique.

Trois méthodes de stockage de l’hydrogène

L'hydrogène ayant une densité d'énergie massique très élevée mais étant un gaz très léger, son stockage et son transport constituent de véritables défis. Le but des technologies de stockage de l'hydrogène est donc de réduire le volume naturellement occupé par l'hydrogène dans son état thermodynamiquement stable dans des conditions ambiantes.

Historiquement, les méthodes de stockage sont basées sur la compression et la liquéfaction (stockage direct), qui sont maintenant des approches établies et d'un bon rendement mais qui impliquent  d'énormes problèmes de sécurité et de coûts associés à la compression et au refroidissement. En pratique, l'hydrogène gazeux doit être comprimé à plusieurs centaines d'atmosphères et stocké dans une cuve ou un réservoir sous pression fait d'acier ou d'un matériau composite. Une opération qui utilise 10 à 25 % du contenu énergétique du gaz. Quant au stockage de l'hydrogène sous forme liquide, il est encore plus onéreux : il nécessite des investissements et des installations lourdes pour sa liquéfaction, sa conservation et sa mise en œuvre sous forme liquide à 20 Kelvin (-253°C).

La troisième alternative, très prometteuse, consiste à stocker l'hydrogène sous forme d'hydrures métalliques, lesquels ont fait l'objet d'études intensives depuis de nombreuses années, offrant un stockage de l'hydrogène sécurisé, réversible avec un excellent rendement énergétique (pas de compression).

La solution : les hydrures métalliques

McPhy a développé des techniques uniques qui résolvent les limites traditionnelles de l'hydrogène sous forme solide. Son procédé, qui offre un rendement énergétique de 97 %, fait appel à des hydrures métalliques, des composés chimiques formés lorsque l'hydrogène réagit avec certains métaux et qui offrent une densité volumique beaucoup plus élevée que le gaz comprimé ou liquide. Ce sont les hydrures de magnésium (MgH₂) qui ont été retenus pour le stockage de masse, des additifs et la nano-structuration du MgH₂ aidant à accélérer le processus d'hydrogénation et de déshydrogénation du magnésium pendant les cycles d'adsorption/désorption.

Ces hydrures de magnésium qui sont produit sur le site de fabrication actuel de McPhy offrent de nombreux avantages :

• un stockage totalement réversible : pour une température donnée, si la pression est au-dessus d'un certain niveau (la pression d'équilibre), le métal absorbe l'hydrogène pour former un hydrure métallique. Si la pression est en-dessous de la pression d'équilibre, il y a désorption de l'hydrogène et le métal revient à son état d'origine. La pression d'équilibre varie en proportion directe de la température ;
• un chargement à la pression de l'électrolyseur (10 bar) ;
• un déchargement à la pression de la pile à combustible/turbine à gaz H₂ (2 bar) ;
• pas de compression pendant le processus de chargement/déchargement (économies d'énergie, de coûts et de maintenance) ;
• une grande stabilité au cyclage ;
• le magnésium est un matériau abondant et bon marché, sans aucun impact sur l'environnement. Du fait de leur non-réactivité avec d'autres matériaux, les hydrures de magnésium n'ont pas à être stockés dans des conteneurs faits de métaux spécialement traités ;
• le stockage de l'énergie thermique dans un réservoir adiabatique stationnaire. Un matériau à changement de phase (MCP) breveté mis en contact thermique à travers les parois métalliques avec le composite McPhy permet de stocker l'énergie thermique pendant le chargement et de la récupérer pendant le déchargement.

Les marchés de l’hydrogène industriel et des énergies renouvelables

Aujourd’hui, la production industrielle de l'hydrogène provient essentiellement du reformage de gaz naturel (95 % de la production mondiale) et, moins fréquemment, de méthodes de production d'hydrogène à plus forte intensité énergétique telles que l'électrolyse de l'eau. McPhy cible le secteur de l'hydrogène vendu par les fournisseurs de gaz industriels, qui inclut l'hydrogène liquide ou gazeux distribué en bouteilles, par pipelines, camions-citernes ou rail. Sa technologie permet de remplacer ce schéma logistique complexe par une production d’hydrogène sur site, associée à des conteneurs de stockage sous forme solide, permettant aux utilisateurs d'hydrogène industriel de :

• réduire les risques industriels grâce à un stockage plus sécurisé ;
• réduire la consommation d'énergie sachant que le stockage de l'hydrogène consomme traditionnellement jusqu'à 33 % de l'énergie contenue dans le gaz ;
• réduire les émissions de CO₂ et l'empreinte écologique (10 t de CO₂/t H₂).

Autre marché visé, celui des énergies renouvelables. Au cours des trente dernières années, même si les technologies des énergies renouvelables sont devenues matures grâce aux nombreuses expériences qui ont été menées à bien (en particulier dans le domaine de l'énergie solaire et éolienne), leur utilisation en tant que source d'énergie en grandes quantités a depuis longtemps été limitée à quelques centrales électriques actives produisant des quantités limitées d'électricité. Le déploiement de ces technologies suit aujourd'hui une nouvelle tendance avec une croissance impressionnante et une part plus importante de la production d'électricité. Pour ce marché, McPhy permet un stockage de l'énergie en grandes quantités sous forme d'hydrogène, permettant de :

• réduire l'imprévisibilité et le caractère intermittent de la production des énergies renouvelables ;
• résoudre le problème de l'écart temporel entre la production (offre) et la consommation (demande).

Les centrales peuvent soit reconvertir l'hydrogène en électricité à l'aide d'une pile à combustible, soit alimenter le marché de l’hydrogène à travers les réseaux de canalisations existants ou des conteneurs de stockage transportables McPhy.

SOURCE: technique de l'ingénieur

Une équipe de l'Hôpital Princesse Margaret [1] a créé une nanoparticule organique non-toxique, biodégradable et qualifiée d' " ingénieuse " si l'on considère la façon dont elle utilise la lumière et la chaleur pour traiter le cancer et administrer des médicaments. D'après les auteurs de l'étude, cette découverte est importante car la nouvelle nanoparticule a une structure unique et polyvalente qui pourrait changer la façon de traiter les tumeurs.

Cette nouvelle nanoparticule a été synthétisée en laboratoire à l'aide de deux molécules d'origine naturelle (de la chlorophylle et un lipide). Cette nanoparticule se révèle très prometteuse pour différentes applications se basant sur la lumière (biophotonique). La structure des nanoparticules - similaire à un ballon d'eau miniature coloré - permet également d'envisager d'y encapsuler des éléments actifs pour cibler le traitement sur la tumeur.

La capacité de ces nanoparticules à absorber une forte quantité de lumière et à s'accumuler dans les tumeurs, fait de ces nanoparticules des candidates idéales dans le traitement thérapeutique du cancer. On se trouve ici dans le cadre de la thérapie photo-thermique dont le principe est d'utiliser la lumière la chaleur pour détruire les tumeurs. Ainsi, une fois les nanoparticules accumulées dans la tumeur, un laser peut être utilisé afin de chauffer rapidement les nanoparticules et donc détruire la tumeur après qu'elle ait atteint une température de 60°C. De plus, une fois que les nanoparticules atteignent leur cible tumorale, elles deviennent fluorescentes, et peuvent donc également être utilisées pour effectuer une imagerie photoacoustique - technique alliant son et lumière pour produire une image de très haute résolution - et ainsi détecter des tumeurs.

L'importante versatilité de ces nanoparticules élargit les possibilités de traitement par combinaison d'imagerie et traitement proprement dit. La non-toxicité dans le corps de ces nanoparticules est sans précédent.

--

[1] l'Hôpital Princesse Margaret fait partie du " University Health Network " (UHN), un réseau de trois grands hôpitaux de la région de Toronto. L'UHN est affiliée à la faculté de médecine de l'Université de Toronto.

SOURCE:

-Dr Gang Zheng - University Health Network, Ontario Cancer Institute (OCI) Primary LAB, MaRS Centre & University of Toronto, Ontario, Canada - tél. : (001) 416-581-7666 - email : gang.zheng@uhnres.utoronto.ca

-Cette étude a été publiée en ligne le 20 mars dans le journal scientifique Nature Materials: http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat2986.html

-Christian Turquat.