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
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.
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.
La mise en place de réglements afin d'assurer une
gestion efficace des risques posés par les nanomatériaux et assurer leur développement responsable est au coeur des efforts de nombreux pays. Aux Etats-Unis, l'Environment Protection Agency (EPA)
est responsable de l'application de la réglementation sur les composés chimiques par le Toxic Substance Control Act (TSCA) et sur les pesticides par le Federal Insecticide, Fungicide, and
Rodenticide Act (FIFRA).
Le Massachusetts Institute of Technology (MIT), en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Hong-Kong, a mis au point un biomatériau permettant de contrôler
la croissance, la différentiation et la prolifération de cellules, après leur implantation au niveau neuronal. Ces résultats, obtenus chez le rat, pourraient permettre le développement d'outils
susceptibles d'améliorer la greffe des cellules souches et donc d'accélérer la régénération des organes. L'étude est publiée dans la revue "Cell Transplantation".
Qu'on le sache ou non, on retrouve
les nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) dans la plupart des produits cosmétiques, dans les crèmes solaires, dans les colorants alimentaires et dans les compléments nutritionnels. Bien que le
TiO2 à l'état macroscopique et microscopique soit chimiquement inerte, il a déjà été montré qu'à l'échelle nanoscopique le TiO2 a un impact sur la santé : il existe une cancérogénèse pulmonaire
chez le rat, (non transposable à l'homme selon de nombreux auteurs). Cependant, les mécanismes de génotoxicité (c'est-à-dire qui peut compromettre l'intégrité du génome) n'ont pas été définis
clairement et jusqu'à maintenant ont été très peu étudiés dans des conditions in vivo. Une étude conduite par des chercheurs de Univesity of California à Los Angeles (UCLA), au Jonsonn
Comprehensive Cancer Center, est la première à montrer un tel effet génotoxique des nanoparticules de TiO2 sur des souris vivantes, d'après Robert Schiestl, professeur de pathologie, radiation et
oncologie à UCLA, et auteur principal de l'étude.
Des chercheurs du Conseil National de Recherche Canada (CNRC)
venant de domaine différents (médecine, physique, mécanique des fluides, chimie et microbiologie) travaillent ensemble sur la conception de nanoparticules capables d'identifier rapidement divers
microorganismes pathogènes.
Des marqueurs fluorescents qui aident le chirurgien à repérer
en temps réel les contours de la tumeur maligne qu’il opère. Des médicaments « intelligents » capables d’être activés à distance dès qu’ils ont atteint leur cible... Comme d’autres
domaines de la médecine, la cancérologie se met à l’heure des nanotechnologies. La plupart de ces minuscules outils, dont la taille est de l’ordre du milliardième (« nano » en grec) de
mètre, n’en sont qu’au stade de la recherche. Mais ils ouvrent, à moyen terme, des perspectives passionnantes tant pour diagnostiquer que pour soigner les cancers. Un symposium international,
récemment organisé à Paris par l’Institut national du cancer (Inca) et l’Inserm, a fait le point sur ces recherches en « onconano ».

