Nanoparticules inorganiques

Plusieurs types de nanoparticules inorganiques ont été développés. Les plus courantes sont les nanoparticules métalliques d’or (Parak et al., 2003 ; Liu et al., 2007 ; Ghosh et al., 2008) ou d’argent (Kashiwagi et al., 2006 ; Ahamed et al.,

2010), les nanoparticules magnétiques (Cheon et Lee, 2008 ; Kumar et al., 2010), les nanoparticules en silice (Yan et al., 2007 ; Vivero-Escoto et al., 2010) et les

nanocristaux semi-conducteurs (Michalet et al., 2005 ; Biju et al., 2010). La majorité des particules magnétiques se base sur l’utilisation d’oxydes de fer superparamagnétiques. Ces particules sont constituées de petites particules de maghémite (Fe2O3) ou de magnétite (Fe3O4), de quelques nanomètres de diamètre, qui peuvent être encapsulées dans une matrice de silice, de polymère ou de polysaccharide (dextran) (Kumar et al., 2010).

Les particules magnétiques d’oxyde de fer sont désignées par le terme SPIO (« SuperParamagnetic Iron Oxide ») pour celles dont la taille est comprise entre 50 et 500 nm, et USPIO (« Ultra small SuperParamagnetic Iron Oxide ») si leur diamètre est inférieur à 50 nm. Il existe également des nanoparticules d’oxydes de fer monocristallins de moins de 3 nm de diamètre (MION ou « Monocristalline Iron Oxyde Nanoparticles ») encapsulés dans une coque de dextran pour aboutir à une taille d’environ 10 nm (Kumar et al., 2010).

3.2.1.1. Développement des NSPM et leurs applications

Les NSPM (les Nanoparticules SuperParaMagnetic) sont des NPs (Nanoparticules) de forme sphérique et de nature cristalline, caractérisées par une aimantation appropriée. Les paramagnétismes des NSPM sont dus à la présence d’ions, d’atomes ou de molécules possédant un moment magnétique. L’aimantation qui en résulte est due à l’orientation de ces moments sous l’effet de leur interaction ou/et sous l’effet d’un champ magnétique externe. Les NPs d'oxyde de fer grâce à leurs propriétés uniques sont utilisées dans une grande variété d'applications biomédicales telles que la création d’agent de contraste pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM) (Fahlvik and Klaveness, 1993), la

vectorisation ciblée de médicaments (Sahoo and Labhasetwar, 2003 ; Thwin et al., 2005), et la destruction du tissu tumoral par une hyperthermie (Brannon-Peppas and Blanchette, 2004). Les NPs les plus utilisées dans ce domaine sont les NPs d’oxyde de fer (magnétite, maghémite) (Gupta and Gupta, 2005). Les NSPM ont une propriété unique de superparamagnétisme qui leur confère des avantages tels que la production de chaleur par un champ magnétique alternatif, et une capacité à être guidé vers un tissu ou un organe spécifique par un champ magnétique externe. (Bulte et al 2001 ; Gupta and Gupta, 2005 ; Huber, 2005 ; Ito et al., 2005 ; Liu et al 2006 ; Hautot et al., 2007).

Ces NPs ont actuellement des applications cliniques courantes mais sont également en développement pour aider le diagnostic dans le domaine du cancer, des maladies dégénératives et inflammatoires mais aussi pour les pathologies cardiovasculaires comme le risque de plaque d’athérome. On peut aussi les utiliser comme boimarqueurs pour évaluer l’effet des traitements correspondants. Christen, (2000) a montré que le métabolisme de fer est impliqué dans la maladie d’Alzheimer et que la concentration du fer dans le cerveau de ces malades est élevée (Christen, 2000). Les NPs de taille comprise entre 10 et 100 nm possèdent le pouvoir de transporter les médicaments à travers la barrière hématologique. Lorsqu’un chélateur de fer est lié à une particule nanométrique (NPs), cette particule peut servir comme un véhicule pour délivrer le chélateur vers le cerveau (Alyautdin et al., 1998). Liu et al (2006) ont montré que lorsque les NPs liées à un chélateur de fer, il se forme un complexe capable de traverser la BHE et de faire expulser l’excès de fer à l’extérieur du cerveau ce qui va réduire les symptômes de la malade.

Plusieurs facteurs sont responsables de l’apparition de ces propriétés uniques à l’échelle nanométrique : le grand pourcentage d’atomes à la surface par rapport au volume et l’augmentation du nombre d’atomes à la surface, Ces phénomènes prennent de plus en plus d’importance alors que la taille d’un matériau diminue en dessous de 100 nm.

Le développement des méthodes de synthèse permet un meilleur contrôle de la taille, de la morphologie et de la pureté des nanomatériaux, ce qui permet ainsi de mieux contrôler leurs propriétés (Goya et al 2003 ; Gould, 2006 ;). Pour être utilisé efficacement dans les applications cliniques et afin d’améliorer leurs biocompatibilités et la biodistributions, les NSPM ont été enrobées par des molécules biologiques complexes tels que les anticorps, les peptides et des médicaments. Ce qui concerne les molécules biologiques utilisées pour le revêtement de surface, des facteurs tels que la stabilité, la biocompatibilité, la biodégradabilité et la chimie de surface doivent être pris en considération pour contrôler leurs interactions cellulaires, les mécanismes d'absorption des cellules et les interactions stériques/électrostatique avec les macromolécules intracellulaires. Toutes ces caractéristiques sont essentielles à la réussite de l'application des NSPM. Sans enrobage, les NSPM ont des surfaces hydrophobes avec une grande surface par rapports au volume et une tendance à s'agglomérer (Lu et al., 2007). L’enrobage de surface a permet les NSPM de disperser dans les ferrofluides homogènes et améliorent leur stabilité. Plusieurs groupes de molécule d'enrobage sont utilisés pour modifier la chimie de surface des NSPM (Figure.20) :

a- des polymères organiques, tels que le polyéthylène glycol b- des métaux inorganiques, tels que l'or

c- les oxydes minéraux tels que le silice et le carbone

d- Molécules et structures bioactives, telles que des liposomes, des peptides et des ligands

Figure (20) : Des exemples des NSPM de taille et de compositions chimiques différentes. Microscopie électronique à transmission (MET). A) NPs de Maghémite (Fe2O4) enrobées par dimercaptosuccinic acid (DMSA) (8nm) B) NPs de Magnétite (Fe3O4) enrobées par l’or (50 nm) C) NPs de Magnétite (Fe3O4) enrobées par l’or (10 nm) x50 de B, D) NPs de Magnétite (Fe3O4) enrobées par le silice (50 nm) (in Barhoumi, 2014).

Cet enrobage a pour but de fonctionnaliser les NSPM afin de les rendre reconnaissables par les cellules cibles uniquement. Ainsi, il a été démontré chez des rats, que des NSPM étaient capables de délivrer des substances médicamenteuses directement dans des tumeurs cérébrales (Gupta and Gupta, 2005) (Figure 21).

Figure (21) : Schéma illustrant la fonctionnalisation des nano-oxydes de fer et leur reconnaissance par des cellules cibles (Gupta and Gupta, 2005).