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Document 1 :
Nanomédecine et cerveau : un verrou pour les
nanoparticules a sauté ! Le 7 septembre 2012 à 08h36 : Par Laurent Sacco
Un groupe de médecins et de chercheurs de la célèbre Johns Hopkins University School of Medicine a trouvé le moyen de faciliter la diffusion de certaines nanoparticules dans le cerveau. Recouvertes de polymères, ces nanoparticules pourraient délivrer plus efficacement des substances actives aux cellules et aider à combattre des cancers.
Depuis quelques années, on place de grands espoirs dans la nanomédecine. On étudie par exemple de quelle manière des nanoparticules peuvent aider à faire pénétrer des substances actives dans les cellules de différents organes. On espère ainsi étendre la panoplie des traitements dont on dispose pour guérir des patients atteints de cancers ou augmenter l’efficacité de ceux que l’on connait déjà.
Un groupe de médecins américains qui s’est lancé dans l’étude du potentiel de la nanotechnologie en médecine vient de publier dans Science un article qui illustre bien les progrès de la nanomédecine.
Le problème auquel étaient confrontés les chercheurs était bien connu des neuro-oncologues cherchant à utiliser des nanoparticules en chimiothérapie. Pour rendre ces traitements efficaces, il faut que des nanoparticules de tailles suffisamment grandes pénètrent en profondeur dans le cerveau.
Or, jusqu’à présent, seules des nanoparticules de moins de 64 nanomètres (nm) de diamètre peuvent efficacement diffuser dans le cerveau. Malheureusement, pour des thérapies contre les cancers du cerveau, les médecins ont besoin de nanoparticules d’un diamètre supérieur.
Image obtenue en temps réel de la diffusion des nanoparticules dans le cerveau d'un rongeur.
Recouvertes de polyéthylène-glycol (en gris), les nanoparticules diffusent plus rapidement que celles qui en sont dépourvues (en noir). © Elizabeth Nance, Graeme Woodworth, Kurt Sailor
Le fluide constituant le milieu extracellulaire entre les neurones du cerveau est plutôt visqueux et ses propriétés d’adhésion sont similaires à celles des mucus. Pour contrer ces propriétés, les « nanomédecins » ont eu l’idée d’utiliser du polyéthylène-glycol (PEG). Ce polymère bien connu, peu toxique, est biocompatible. On l’utilise d’ailleurs comme dispersant dans des pâtes dentifrices et comme additif alimentaire en tant qu’agent antimoussant.
Un lubrifiant pour des nanoparticules dans le cerveau
L’astuce consiste à recouvrir de PEG les nanoparticules vectrices de substances actives contre les tumeurs. Le revêtement de polyéthylène-glycol agit alors comme un bouclier contre les propriétés hydrophobes des cellules nerveuses qui ont tendance à coller les nanoparticules sur leurs membranes. Tout se passe donc comme si on avait ajouté une sorte de lubrifiant.
Les chercheurs ont alors constaté que des nanoparticules dont la taille pouvait atteindre 114 nm pouvaient diffuser facilement dans le cerveau. Actuellement, au-dessus de ce seuil, les problèmes liés à la viscosité du liquide extracellulaire réapparaissent. Toutefois, il se pourrait bien que cette technique permette de monter jusqu'à 200 nm.
Pour le moment, les tests effectués sur des cerveaux de souris vivantes et des cerveaux de rats disséqués ont été concluants avec des nanoparticules d'un diamètre maximal de 100 nm. Mais avant de passer à des applications médicales chez l’Homme, des études cliniques doivent être menées. On sait en effet que les nano-objets, comme certaines nanoparticules et certains nanotubes, ne sont pas sans danger pour la santé. Si ces tests ce révélaient concluants, on pourrait donc disposer de nouveaux moyens curatifs en cas de cancer, d’AVC ou inflammation de l'encéphale.
La barrière hématoencéphalique, dont le rôle est de protéger le cerveau, est un obstacle lorsque l'on veut utiliser des nanoparticules pour apporter un traitement directement à des cellules nerveuses malades. Même quand cette barrière est franchie, il reste une difficulté pour faire diffuser efficacement ces nanoparticules à l'intérieur du cerveau. En les recouvrant de polyéthylène- glycol, ce problème peut être contourné. © Sebastian
Kaulitzki/shutterstock.com
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Document 2 :
L’incroyable nanotube de carbone
Extrait d'article sur « futura sciences » le 11/01/2010 De façon plus générale, s’il est un matériau qui fascine les chercheurs, c’est le « nanotube de carbone ». Cet élément a des propriétés qui pourraient sembler contradictoires au premier abord. Son élasticité est très élevée : les nanotubes peuvent s’allonger et se contracter aisément. De plus, malgré un poids minime, il s’agit du matériau le plus résistant sur Terre avec un seuil de rupture peut monter jusqu’à 50 giga pascal. Le nanotube de carbone est par ailleurs, un excellent conducteur électrique et thermique, davantage que le diamant.
Outre de nouveaux pneus et textiles, les chercheurs évoquent la possibilité de créer des muscles artificiels avec une force 50 fois plus importante que celle d’un muscle humain.
Modélisation nanotube de carbone CNRS © E. Flahaut
Jusqu’à présent, le matériau qui avait la meilleure capacité à arrêter un engin en mouvement était le fil d’araignée. Or, le nanotube de carbone fait mieux : « Pour donner un ordre d’idée, si l’on pouvait avoir une toile d’araignée de 1 kg, nous aurions un matériau qui peut arrêter une motocyclette de 300 kg avançant à 100 kilomètres/heure.Avec les fibres que nous fabriquons aujourd’hui à base de nanotubes de carbone, si l’on réaliser cette même toile, l’on pourrait arrêter non plus une moto mais une automobile ! Toute l’énergie du véhicule serait absorbée par les nanotubes de carbone» explique Philippe Poulin qui suit cet axe de recherche au CNRS. Avec un tel exemple, on ne s’étonne pas d’apprendre que
l’équipe de Poulin collabore avec la DGA afin de développer des gilets pare-balles qui seraient beaucoup plus efficaces que ceux utilisés actuellement. Mieux encore, après de longues années d’étude en laboratoire, de grands groupes industriels s’intéressent aujourd’hui à ce matériau aux incroyables propriétés : Arkema, Bayer…
T-shirt et soutien-gorge
Si les applications à court terme visent à utiliser les nanotubes de carbone pour améliorer les propriétés mécaniques ou électriques d’autres éléments, l’objectif à plus long terme est de développer de nouvelles fibres capables de capter des mouvements tels que la pression sanguine.
« Ces nouveaux textiles permettraient d’avoir un T-shirt qui surveille la respiration du bébé pendant qu’il dort et qui pourrait émettre une alarme s’il ne respire plus. Ce n’est pas si futuriste que cela. Des techniques de ce genre sont déjà développées avec d’autres matériaux, mais elles n’ont pas les performances et la stabilité chimique des nanotubes de carbone. En clair, elles ne résistent pas à la machine à laver, » explique Poulin.
Poulin évoque d’autres expériences en cours à l’université de Wollongon en Australie comme le soutien-gorge
intelligent avec des bretelles et capteurs qui détectent les tensions lors des mouvements et qui pourrait ainsi être mieux adapté au confort de la femme. Idem pour des genouillères.
Questions : Document 1 :
1) Quel est le problème rencontré par les médecins pour pouvoir utiliser des nanoparticules en chimiothérapie ? 2) Quel est le polymère utilisé ici et quelles sont les propriétés chimiques qui sont alors recherchées ?
Document 2 :
3) Quellessont les propriétés des nanotubes de carbone qui sont recherchées ? 4) Citer trois domaines d'applications actuelles ?
5) Citer des perspectives d'application ?
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