Application des nanotechnologies dans le domaine médical

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Les nanotechnologies sont un domaine d’étude très prometteur et leurs applications au domaine de la santé sont  nombreuses.  En effet, les dimensions des nanoparticules sont de l’ordre de celles des cellules, voire même de celles de l’ADN. Pour cette raison elles  commencent à être déclinées dans divers outils de diagnostics tels  que les capteurs de substances chimiques, les agents de contraste pour  l’imagerie médicale ou encore les puces à ADN.

L’avenir leur réserve également des applications thérapeutiques multiples et spectaculaires, notamment dans tout ce qui concerne l’acheminement des médicaments aux cellules ou bien encore la reconstruction de divers tissus du corps humain, tels que l’os, la peau, les vaisseaux ou le cerveau.

 

Les recherches actuelles en médecine

 

Imagerie médicale

Les applications de l’imagerie optique sont très variées dans la recherche fondamentale : étude de l’organisation des réseaux cellulaires, de la dynamique des signalisations inter cellulaires, de l’oxymétrie cérébrale, des interactions protéines/protéines, des activités enzymatiques …

Au-delà, les finalités de l’imagerie médicale sont nombreuses : prévention, dépistage de certains cancers, diagnostic ou suivi de nombreuses maladies. Elle permet aussi de suivre le bon déroulement d’une intervention chirurgicale ou l’efficacité d’un traitement pharmaceutique. Enfin, l’imagerie, lorsqu’elle se veut « fonctionnelle » est à même de suivre différentes fonctions sensori-motrices et cognitives chez l’homme (langage, raisonnement, mémoire, apprentissage, motivation, émotion).

 

Imagerie moléculaire optique

Développée pour l’instant chez le petit animal, l’imagerie optique permet d’obtenir rapidement des images en 3D et à haute résolution de l’organisme en fonctionnement. Les agents de contraste photoluminescents, utilisés pour ces technologies, évoluent aussi vers des nanomatériaux tels que les nanocristaux organiques ou des nanobilles de polymères conjugués. Des applications importantes sont à attendre dans tout ce qui concerne notamment l’imagerie cérébrale.

Pour permettre une imagerie rapide et de très bonne définition, sont utilisés des nanocristaux organiques en solution, ou des nanobilles de polymères conjugués. Ces nanoparticules émettent beaucoup de lumière et sont fonctionnalisées afin de former des émulsions aqueuses stables qui sont 100% luminescentes et offrent donc une meilleure efficacité lumineuse.

Le caractère intra-vasculaire permet de dresser, en quelque sorte, la carte des territoires vascularisés. En complément, l’injection simultanée d’un colorant diffusible assure la coloration des tissus adjacents. On va pouvoir, dès lors, suivre tout ce qui se passe dans le cortex.

Ces techniques devraient faciliter le diagnostic de pathologies comme l’épilepsie ou la maladie de Parkinson, mais aussi permettre de suivre l’évolution des tumeurs cancéreuses ou de certains dysfonctionnements annonciateurs d’un risque d’AVC (accident vasculaire cérébral).

Elle devrait aussi permettre de cibler plus précisément des interventions thérapeutiques telles que le traitement de tumeurs par radiothérapie ou par hyperthermie.

 

Agents de contraste

La plupart des techniques d’imagerie du corps humain requièrent l’injection d’agents permettant d’améliorer le contraste de l’image. Si les agents « classiques » permettent une visualisation correcte de l’anatomie, ils sont assez peu performants pour détecter des modifications dans le fonctionnement des cellules. Or cette détection est un enjeu majeur de l’imagerie. Le recours à des agents de contraste de taille nanométrique est une piste développée depuis plusieurs années.  Ainsi une nouvelle génération d’agents de contraste pour l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est en cours de développement. Ces agents sont capables de reconnaître un type particulier de cellules. Le principe consiste à associer la molécule qui peut être reconnue en IRM à un ligand biologique bien précis. Lorsque la molécule poly-azotée connue s’approche d’une cellule présentant l’activité enzymatique que l’on souhaite détecter, la réaction chimique qui intervient entre le ligand et les enzymes cellulaires génère un signal permettant le localiser la cellule.

Les principales applications de ces nano-agents sont le diagnostic des cancers et plus largement de toute pathologie impliquant une modification de l’activité enzymatique cellulaire, comme dans les infections bactériennes ou certaines maladies du cerveau.

 

Diagnostic génétique et génomique fonctionnelle – Biopuces

Dans chacune de nos cellules se trouve le génome tout entier c’est-à-dire les 30 000 gènes qu’il comporte. Bien sûr, dans les cellules de l’œil ne fonctionnent que les gènes de l’œil. Les gènes inutiles comme ceux du foie y sont inactifs. Pour détecter ceux qui fonctionnent, il suffit de les mettre en présence d’une séquence génétique complémentaire (sondes) avec laquelle on est sûr qu’ils vont s’hybrider. En dotant ces sondes de propriétés lumineuses, la réaction d’hybridation sera aussitôt détectable.

Ce principe est à la base de la mise au point des puces à ADN, des puces à cellules ou des « codes-barres » génétiques.

De même, en recherchant non plus un gène mais une ou plusieurs protéines à l’aide par exemple d’un anticorps, on met au point des biocapteurs. On peut ainsi envisager des outils diagnostics très perfectionnés, capables de chercher simultanément gènes, protéines, réactions particulières. Bref, de véritables laboratoires sur puce !

Puces à ADN

Les puces à ADN sont de petites plaques de verre, ou autre support solide, sur lesquelles un dispositif robotisé greffe des sondes d’ADN correspondant aux gènes que l’on veut rechercher. Ces sondes, couplées à des fluorophores pourront émettre de la lumière lorsqu’elles s’hybrideront avec le gène correspondant que l’on recherche.

L’exposition de ces puces ADN aux cellules (sang, tissu cérébral, liquide synovial), permet de faire du diagnostic génétique.

La polyarthrite rhumatoïde peut ainsi bénéficier d’un test diagnostic par puce à ADN. Le diagnostic est effectué en une journée environ, sur le liquide synovial prélevé dans le genou du patient.

Les méthodes de cartographie haute résolution, fondées sur les puces à ADN (CGH-array ou hybridation génomique comparative), permettent une analyse globale du génome et un outil pronostic d’évolution de certains cancers.

 

Puces à Cellules

Sur les quelques 30 000 gènes que comporte le génome humain, près de 25 000 n’ont pas de fonction connue : l’objectif de la génomique fonctionnelle est de déterminer la fonction de ces gènes, autrement dit leur rôle précis dans l’organisme. Pour y parvenir, les chercheurs observent ce qui se passe lorsqu’il est présent en excès ou qu’il est déficient dans la cellule.

Une puce à cellules est une lame de verre de quelques centimètres carrés portant à sa surface plusieurs milliers de spots, cette lame est ensuite recouverte d’un tapis de cellules.

Les spots sont des dépôts d’ADN qui peuvent être une copie du ou des gènes étudiés, ou bien encore un fragment d’ARN dit « interférent », qui permettent d’empêcher l’expression du gène associé.

La suite est un simple jeu de contact. Lorsqu’une cellule est au contact d’un spot, elle l’intègre; lorsqu’elle est entre deux spots, rien ne se passe. Résultat : le « tapis de cellules » intègre le contenu génétique déposé exactement selon la même grille que celle que l’on aura établi lors du dépôt. L’activité génétique « gagnée » ou « perdue » est ensuite mesurée par fluorescence, exactement comme sur les puces à ADN.

De programmes de recherche fondamentale étudient le phénomène apoptotique qui entraîne la mort des cellules, la prolifération cellulaire en cause dans le cancer, et la différenciation des cellules de la peau. Les applications pratiques, notamment en pharmacogénomique, ne sont pas en reste, même si elles s’inscrivent dans des perspectives à plus long terme. Les puces à cellules devraient permettre le criblage pharmacologique avec de petites molécules, afin de voir, par exemple, quelles molécules entraînent la perte de fonction d’un gène donné dans la cellule. On sait en effet que les anti-cancéreux ne marchent pas chez tous les patients. Il serait donc intéressant de pouvoir déterminer par avance si un tel traitement associé à telle perte de fonction génétique favorisera l’efficacité du traitement chez tel patient.

Sources : http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosnano/decouv/03/03_2_2/00_1.htm

Ressource vidéo :

2 COMMENTAIRES

  1. Article très intéressant. Je pense que les nanotechnologies vont révolutionner de domaines dont celui de la médecine. Elles font naitre de nombreux espoirs de nouveaux médicaments mais elles suscitent des interrogations sur leur impact sur l’être humain, par exemple des crèmes de soin sont constituées de nanoparticules dont l’impact sur la santé est inconnu. Il faut donc s’attendre à des bons et mauvais impacts.

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