NANOTECHNOLOGIES EN MEDECINE : LA NANOMEDECINE

Les nanotechnologies en médecine : danger ou solution miracle ?

[nanotpe]

Sommaire

Introduction

I.Nano médecine : mythe ou réalité ?

1.Solution miracle

Définition nanotechnologie, nanomédecine

Présentation « idéalisée » du sujet et des mythes qui y sont associés

2.Réalité : applications actuelles

Thérapie médicale pour la lutte contre le cancer

Diagnostic : Puce à ADN et imagerie médicale

Dispositif médicaux : à travers exemple rétine artificielle

II.Dangers

1.Thérapie: Nanoparticules et toxicité

2.Diagnostic : à travers cas de figure génome humain à bas coup : ouvre porte à eugénisme ou appétit des assurances

3.Éthique : Bioman

Conclusion

Vocabulaire

Bibliographie et Sitographie

Remerciements

[nanotpe]

       La médecine est un domaine en constant progrès, et ce depuis plusieurs siècles : le premier vaccin, les greffes, la chirurgie et plus récemment les antibiotiques sont des révolutions qui ont permis de réels progrès dans le domaine médical que nous connaissons aujourd’hui. Il semblerait depuis quelques années que les nanotechnologies  soient associées de plus en plus au domaine médical.  Actuellement, même si la nanomédecine a déjà permis de réaliser des prouesses scientifiques, elles restent assez mystérieuse. Elle pourrait peut-être même être un danger pour l’humain ou poser des problèmes éthiques. Voilà pourquoi nous avons tenté de répondre à la question suivante: Les nanotechnologies en médecine : danger ou solution miracle ?

Et pour cela, nous essayerons, dans un premier temps, de faire la différence entre la réalité et les mythes liés à la nanomédecine.  Ensuite, nous verrons quels  dangers peuvent y être associés.

[nanotpe]

Nanomédecine : mythe ou réalité ?

1.Solution miracle

Définition:

Les nanotechnologies se définissent par rapport à une échelle de longueur et aux nouvelles propriétés des matériaux du fait de celle-ci. Les « nanos » relèvent du milliardième de mètre (1  nm  = 10 -9m). Les objets mesurant moins de 100 nanomètres sont considérés comme des nano-objets. Pour donner un ordre de grandeur, le rapport  entre  l’échelle  humaine  et  celle  de  la nano médecine est comparable au rapport de la taille entre la Terre et une orange. Pour comprendre ce que cette échelle représente au niveau de l’organisme humain, voici quelques chiffres généraux :

La particularité que possèdent les matériaux à une si petite échelle réside dans le fait qu’elles acquièrent de nouvelles propriétés. A une telle échelle, les lois ordinaires de la physique de Newton ne s’appliquent plus… La nanomédecine est la branche médicale qui recourt aux nanotechnologies, et ce dans de larges champs d’application  tels que le diagnostic et la thérapeutique

[nanotpe]

Présentation idéalisée du sujet, et des mythes qui y sont associés:

On attribue le texte à l’origine des nanotechnologies à Richard Feynman, physicien du XXème siècle et prix Nobel de physique 1965. Des progrès technologiques tels que l’invention du microscope à effet tunnel (STM), qui permet de voir les atomes, ont ouverts le champ au développement des nanotechnologies. La nanomédecine dès lors n’a cessé de fasciner. Nombreux sont ceux qui sont émerveillés face à ce que l’application des nanotechnologies dans le domaine médical pourrait apporter à l’homme. Il y a un véritable engouement sur le sujet, et les nanorobots médicaux sont incontestablement les nanotechnologies qui font le plus rêver. Ils patrouilleraient dans notre corps à l'affût de cellules malades, et d’autres dangers pouvant se révéler mortels. Les robots donneraient l’alerte ou iraient neutraliser et détruire le danger. Pour donner vie aux futures révolutions médicales liées à la nanomédecine, le domaine de la recherche s’active. En effet, la nanomédecine  soulève beaucoup d’intérêts auprès des scientifiques et a déjà bénéficié de centaines de millions de dollars de financements pour la recherche.  Le marché mondial de la nanomédecine représenterait 130 milliards de dollars d’ici 2016. Les Etats-Unis détiennent la place de leader mondial mais l’Europe ambitionne de les détrôner. La France compte près d’une trentaine d’entreprises, industrielles spécialisées ou recouvrant à la nanomédecine. Les deux plus grands pôles de recherche en France se situent à Grenoble (avec le CEA-Leti et l’université Joseph-Fournier) et en Ile-de-France (université Paris Sud, ENS Cachan…).

En quoi réside dont l’intérêt de l’application des « nanos » à la médecine ? Eh bien, les matériaux à l’échelle nanométrique présentent des propriétés uniques liées à leur composition. Ces caractéristiques  pourraient palier aux plus grands problèmes de diagnostic médicaux et de thérapies. D'ailleurs, les nanomatériaux fournissent des résultats sans précédents dans ces domaines. Les nanoparticules dans le traitement du cancer  par exemple, peuvent pénétrer dans les sites tumoraux et être conservés plus longtemps que les petites particules ou les molécules jusques là utilisés. L’efficacité du traitement n’en est que plus augmentée. Les nanoparticules présentent également l’avantage d’un meilleur ciblage des zones à traiter, ce qui diminuerait les dommages causés à l’organisme. Ils représentent aujourd’hui un espoir certain de traitement contre des maladies jusqu’ici incurables. La nanomédecine donne également l’espoir de pouvoir mettre en place des dispositifs médicaux révolutionnaires qui changeraient la vie des humains…

  Face à ce flux d’informations, aux espoirs et possibilités attribués à la nanomédecine, il est parfois bien difficile de faire la différence entre spéculation ou hypothèse et réalité. Où en est réellement la nanomédecine aujourd’hui ? Quels sont les projets aboutis, ceux qui sont en cours ? Quelles sont les réelles promesses de la nanomédecine ? Est-elle vraiment révolutionnaire ?

[nanotpe]

[nanotpe]

2.Réalité : applications actuelles

Thérapie médicale pour la lutte contre le cancer:

Le cancer est une maladie dont l’histoire se confond étroitement avec celle de l’Homme, et avec celle de la médecine. Il est aujourd’hui une cause majeur de décès dans le monde, avec près de 8,2 millions de morts en 2012. Le cancer est dû à la prolifération de façon indéfinie et incontrôlée de cellules. Elles sont appelées « cellules cancéreuses ». La durée du cycle cellulaire, et donc de la fréquence des mitoses dépend du type de cellule : cela peut changer d’une cellule à une autre. Ces paramètres sont contrôlés dans une cellule normale. Les cellules cancéreuses se divisent d’une manière rapide et échappent à l’apoptose (mort cellulaire). La multiplication de leur production conduit à une formation d’un amas de cellules cancéreuses : la tumeur. Les cellules cancéreuses permettent la croissance des tumeurs car elles stimulent la formation de vaisseaux sanguins. Lorsque certaines cellules cancéreuses envahissent des tissus voisins, on parle d’un cancer invasif. Dans un autre cas de figure, les cellules cancéreuses vont gagner la circulation sanguine et migrer dans tout l’organisme. Elles vont former de nouvelles tumeurs : on parle de métastases. L’évolution d’un cancer comprend plusieurs phases. Plus celui-ci est détecté tôt, moins les traitements seront lourds, et meilleurs vont être les chances d’en « guérir ». La pénibilité du traitement du cancer est un véritable problème. La chimiothérapie (méthode thérapeutique consistant à employer des substances chimiques pour traiter la maladie) par exemple, a pour but de tuer les cellules cancéreuses. Mais elle a aussi un effet toxique envers les cellules saines qu’elle endommage. C’est là qu’intervient la nanomédecine ; et plus particulièrement dans le cas de la thérapie contre le cancer, les nanomédicaments ! Ce sont les nanomédicaments qui représentent l’innovation qui va pallier aux problèmes thérapeutiques rencontrés dans le traitement du cancer.

Tout d’abord, qu’est-ce qu’un nanomédicament ? Il s’agit d’une  molécule thérapeutique contenue dans une nanoparticule. Un médicament nanoparticulaire est fait d’un système composé de deux structures : en « cœur » et en « couronne ». Ces deux structures forment son architecture. Le cœur est constitué de molécules biodégradables, éliminées complètement par l’organisme après avoir atteint le site d’action.  Ces molécules sont des polymères, c’est-à-dire des molécules de masse molaire élevée, constituées de monomères qui sont unis les uns aux autres par des liaisons covalentes.

La couronne, elle,  est faite de lipides et de protéines (nutriments).

Dans le cœur se trouve le réservoir de molécule active, c’est-à-dire le principe actif qui agit sur les nuisibles (par exemple, la molécule active de l’aspirine est l’acide salicylique). Les particules contenues dans le cœur ont une taille de l’ordre de 100nm.

Le nanomédicament possède également une surface sur laquelle il est possible d’insérer des éléments afin de créer un médicament « sur mesure ».

[nanotpe]

Les nanomédicaments combinent trois facteurs qui les rendent innovants vis-à-vis des traitements actuels : leur vectorisation, leur système de ciblage et la biocompatibilité.

La vectorisation répond à la question quant au moyen de « transport » du médicament vers le site d’action. On peut imaginer le vecteur comme étant le véhicule dans lequel le principe actif sera transporté dans l’organisme. Les vecteurs sont des nanoparticules constitués de polymères biodégradables pour éviter des problèmes liés à une éventuelle accumulation de ceux-ci dans l’organisme. Ils peuvent avoir différentes formes. Les liposomes, les nanosphères et les nanocapsules sont des exemples de nanoparticules utilisés pour le transport de médicaments.

[nanotpe]

L'intérêt de ces vecteurs réside en leur petite taille qui facilite la pénétration dans les tissus du corps. Certains médicaments présentent des  caractéristiques  physiques et chimiques qui ne les mettent pas à leur avantage pour remplir leur fonction (sans compter qu’ils sont bien souvent métabolisés et dégradés par les enzymes). Par exemple, l’hydrophilie (le fait d’être soluble dans l’eau) ou encore, une masse molaire trop importante (rendant impossible le franchissement de barrières biologiques). La vectorisation des nanomédicaments vise à protéger le principe actif dans la nanoparticule. Ainsi les risques de dispersion du principe actif dans d’autres endroits que la tumeur sont limités. Ainsi les parties saines de l’organisme ne sont pas endommagées par le traitement.

[nanotpe]

La toxicité du médicament est également amoindrie par le ciblage. Il s’agit du système « GPS » du « véhicule », qui lui assure d’atteindre la destination souhaitée. Les liposomes sont les vecteurs les plus avancés en matière de ciblage car ils sont les plus anciens. Il en existe différentes sorte : la première, deuxième et troisième génération.

Première génération : le principe actif est enfermé dans des liposomes. Dès qu’ils sont injectés par voie intraveineuse dans l’organisme, des protéines du sang vont se coller sur leur surface, les marquer, pour les signaler comme corps étrangers. Les cellules de défenses immunitaires, les macrophages, vont se mobiliser, les absorber et les transporter vers le foie. Leur but : détruire les étrangers en les « digérant ». Sauf quand détruisant les membranes des liposomes, ils libèrent le principe actif qui va se diffuser dans le foie. Un puissant anticancéreux, la doxyrubicine enrobée, s’est révélé efficace pour traiter les métastases hépatiques. Avec un meilleur ciblage, on augmentait l’efficacité du produit. Cette première génération de liposomes happés par les macrophages présentait l’inconvénient d’être dirigée vers le foie. Pour les tumeurs localisées dans d’autres organes, il fallait rendre les liposomes invisibles aux macrophages.

Pour la deuxième génération, la structure a donc été modifiée. Les liposomes sont revêtus d’une couche  de polymère. Cette protection leurre les macrophages, qui les ignorent, les liposomes peuvent ressortir indemnes de leur passage dans le foie et restent plus longtemps dans la circulation sanguine pour atteindre leur cible.

Disperser le principe actif aux contacts des tissus cancéreux c’est bien, arriver au cœur des cellules malades, c’est mieux. Les vecteurs de troisième génération seront équipés d’une molécule qui va se combiner avec un récepteur spécifique de la cellule malade qui le fera entrer dans la cellule où il libérera son principe actif. De très nombreux marqueurs tumoraux identifiés peuvent devenir des cibles. Mais les liposomes de troisième génération ne sont actuellement qu’au stade de recherche. Les nanomédicaments existent et pour preuve, une dizaine sont déjà sur le marché. Ils ont essentiellement amélioré la qualité de vie des malades. Partis de substances déjà utilisées, ou dont les propriétés étaient connues, ils ont augmentés leur potentialité.(Nanobiotech News, dans 2006 Nanomedecine, Devices and Diagnostics Report a recencé 130 médicaments et systèmes de délivrances de médicaments encore en phase d’essai ou commercialisés). Le premier nanomédicament utilisé dans le traitement de cancer a été commercialisé aux Etats-Unis en 1995. Il s’agit de DOXIL.

[nanotpe]

L’application des nanotechnologies dans le domaine médicale a apporté des avancées concrètes. Mais celles-ci sont bien loin des spéculations et phantasmes sur le sujet. Dans la thérapie contre le cancer, les nanomédicament visent à répondre au manque de spécificité et à la toxicologie des traitements existants. Mais l’application des « nanos » dans le domaine médical ne se limite pas à la thérapie contre le cancer, le domaine du diagnostic bénéficie également de leurs propriétés.

[nanotpe]

Les nanos explosent dans le domaine du diagnostic. Que ce soit dans celui de l’imagerie pour détecter une unique cellule défaillante, ou dans celui de l’analyse biologique, avec les grandes vedettes, les puces à ADN, les recherches sont nombreuses et leur but est l’identification de la maladie à un stade le plus précoce possible, selon le principe retenu actuellement que plus une maladie est décelée tôt, plus grandes sont les chances d’en guérir. Les stars du diagnostic nano sont véritablement les puces à ADN. L’ADN est la molécule de la vie, elle est présente dans toutes les cellules vivantes, donc les agents infectieux qui attaquent notre organisme, les virus et les bactéries. Toutes les maladies qui peuvent atteindre l’Homme mettent en jeu nos gènes, qu’ils soient défectueux dès l’origine (ce sont les causes de toutes les maladies génétiques, héréditaires ou spontanées) ou qu’ils le deviennent au cours de notre vie, comme pour les cancers. Le diagnostic basé sur l’ADN couvre ainsi l’ensemble de nos pathologies.

La première puce à ADN a été créée à la fin du XXème siècle par Mark Schena, Ron David et leurs coéquipiers. La puce à ADN comporte un fonctionnement trop complexe, que nous de développerons pas ici, mais le principe est basé sur la complémentarité des brins d’ADN. Le système est composé d’une plaque en verre, silicium ou plastique sur laquelle des fragments d’ADN vont être déposés par un robot. Pour rappel, tout le génome humain est contenu dans les cellules. Mais ces cellules, en fonction de leur rôle, n’expriment que les gènes qui les concernent. La puce à ADN permet de lire l’expression des gènes dans une cellule, un tissu… par rapport à un échantillon donné. La lecture de la puce, révèle l’état de l’expression du gène recherché. Les puces à ADN sont passées du stade de fiction à celui de la réalité, car oui, elles existent réellement et beaucoup d’autres font l’objet de recherches. Ces puces serviraient à l’analyse de l’expression des gènes,à  la découverte de leurs  fonctions.

Des progrès sont également réalisés dans le domaine de l’imagerie médicale grâce aux nanotechnologies combinés à l’informatique. En effet, les nanotechnologies ont permis d’accroître les capacités informatiques des dispositifs de l’imagerie médicale (augmentation de la rapidité des processeurs et mémoires informatiques…) Cela a entraîné des améliorations comme c’est le cas pour l’endoscopie virtuelle (qui permet de reconstituer des images de l’intérieur des organes, accessibles par des mini-caméras) ou encore la visualisation par IRM de l’activité du cerveau… 

L'IRM (Imagerie à Résonance Magnétique) est basée sur le principe physique de résonance de magnétique nucléaire (RMN).C'est une technique de diagnostic médical permettant d'obtenir des images en trois dimensions du corps. Comment cela fonctionne-t-il ? Les atomes d'hydrogène sont présents dans tout notre organisme, dans l'eau et la graisse. Lorsque le patient est allongé dans le tunnel contenant l'aimant, les noyaux de l'atome hydrogène s'alignent sur le champ magnétique. Grâce à un traitement informatique, on obtient visuellement une image du corps du patient. Les nanotechnologies interviennent à ce niveau, puisqu'ils contribuent à l'amélioration des dispositifs informatifs (nano processeurs...).

Des agents de contrastes nanoparticulaires sont également utilisés pour améliorer l'imagerie médicale, donc le diagnostic. Ce sont des produits injectés avant l'examen pour augmenter le contraste, donc la qualité de l'image obtenue. Les agents à base de nanoparticules d'oxyde de fer ont été les premiers à attirer l'attention. Utilisés en IRM pour leurs capacités à réagir aux ondes magnétiques, ils se sont montrés performants. Le premier agent de contraste nanoparticulaire a été mis sur le marché en 1990. Il s'agit de Lumiren, produit en Europe par un laboratoire français :Guerbet. Le produit est injecté par intraveineuse dans la circulation sanguine. Les traitements informatiques réalisés ensuite permettent de visualiser les parties cancéreuses qui apparaissent plus clairs que les parties saines du corps du patient. Cette imagerie est très fiable et permet d'éviter des examens plus invasifs.

[nanotpe]

D'autre part, les avancées actuelles en matière de nanotechnologie permettent aussi d'accomplir des choses exceptionnelles. Dans le cas d'un non voyant par exemple, un dispositif de rétine artificielle a été mis au point pour lui permettre de retrouver partiellement la vue. Ce dispositif n'est pas encore terminé à ce jour, mais il y a eu beaucoup d'améliorations depuis sa création et on peut dire que la rétine artificielle sera certainement fonctionnelle dans un futur proche.

[nanotpe]

La rétine est un tissu sensible à la lumière qui se situe au fond de l’œil. Lorsqu'elle reçoit une information provenant de la lumière, la rétine va transformer cette information en signaux électriques qu'elle enverra au cerveau via le nerf optique pour qu'il interprète les signaux. Des maladies qui entraînent la cécité comme la dégénérescence maculaire ou bien le glaucome affectent le nerf optique et parfois la rétine, coupant ainsi la liaison au cerveau.

Les chercheurs ont donc mis au point une rétine artificielle qui peut remplacer le nerf optique défaillant. La rétine artificielle à proprement parlé est une plaque d’électrode fixée sur la rétine. On la relie ensuite à une paire de lunette équipée d'une petite caméra. La caméra va capter les images, puis un microprocesseur transmettra les informations à la rétine sous forme de signaux électriques. Cette rétine artificielle remplacera le nerf optique et enverra les signaux directement au cerveau.

Dans un premier temps, la rétine artificielle n'était équipée que de seize électrodes, ce qui ne permettait malheureusement pas au sujet de bien distinguer le monde qui l'entourait. En effet, celui-ci ne pouvait distinguer que les contrastes lumineux : une source de lumière ou un objet bien éclairé par exemple, il pouvait aussi déterminer s‘il était dans une pièce sombre ou non. Les chercheurs ont aussi remarqué que des patients qui sont nés aveugles n'étaient pas en mesure, même avec une rétine artificielle, de distinguer des contrastes lumineux. Cela s'explique par le fait que le cerveau des aveugles, qui n'a jamais reçu d'image sous forme de signaux électriques, n’est pas capable d'interpréter des images. Des personnes aveugles depuis un certain temps avaient elles aussi du mal à interpréter des signaux électriques, et il leur fallait de l'entraînement pour y parvenir.

Depuis ces premiers essais de rétines artificielles, les scientifiques se sont concentrés à améliorer la vue des mal voyants .Ils ont fait leur possible pour ajouter des électrodes à la rétine artificielle, ce qui en théorie améliore la résolution des images envoyées au cerveau et donc leur précision. En 2008, les chercheurs ont réussi à mettre au point une rétine comportant 60 électrodes. Les patients qui l'ont testée disent avoir reconnu la forme d'une porte et des lettres de grandes tailles, ce qui est un progrès considérable. Le professeur Sahel (voir video) a ensuite suggéré que pour que le patient retrouve une vision utilisable au quotidien, il faudrait que la rétine comporte 600 électrodes au minimum. Un prototype de rétine à 600 électrodes a donc été créé, puis testé sur des animaux. Cependant, les tests n'ont pas été concluants : les performances visuelles ne sont presque pas supérieures à un implant de 60 électrodes. Les scientifiques ont en réalité remarqués que l'implant n'est pas complètement biocompatible avec les tissus organiques de la rétine, c'est à dire que l'implant n'est pas d'origine organique. En effet, il n'est pas constitué des atomes CHON qui sont présents dans les molécules organiques. Cela empêche l'implant de bien s’intégrer aux tissus organiques et le rend beaucoup moins efficace.  Un projet a donc été lancé avec une rétine artificielle équipée d'électrodes en diamants de synthèses. Cela permet en effet d'avoir un matériau biocompatible aux tissus organiques de la rétine, mais le diamant est aussi très robuste et bon conducteur d'électricité. Des chercheurs travaillent en ce moment sur un implant constitué de 1000 électrodes en diamant gravés à l’échelle nanoscopique.

[nanotpe]

[nanotpe]

La nanomédecine, plus qu'une fiction, est une réalité, avec des applications concrètes. Elle est vue, pour beaucoup, comme une vraie révolution, qui n'en est qu'à son balbutiement. Elle représente l'espoir. L'espoir de guérir des maladies incurables, de pallier aux handicaps, de la mise en place d'un diagnostic infaillible, de rendre possible l'impossible... Mais face à ce futur glorieux et aux possibilités que laisse entrevoir la nanomédecine, certains scientifiques adoptent une position plus mesurée. En effet, ces nouvelles applications sont-elles réellement sans danger pour l'homme ?  

[nanotpe]

Dangers

1.Thérapie: Nanoparticules et toxicité

Domaine scientifique émergent, les nanotechnologies suscitent un débat sur l'évaluation des risques qu'elles pourraient comporter. En thérapie, le principal questionnement porte sur la toxicité des nanoparticules. Bien que les nanomédicaments suivent le même processus d'évaluation toxicologiques que les médicaments traditionnels, les risques restent néanmoins mal ou peu connus. Un autre point inquiétant concerne les propriétés des nanoparticules. Selon la formule de Paracelse : "tout est poison, rien n'est poison. Seule la dose fait le poison." Mais à l'échelle nanométrique, ce principe n'est pas vraiment respecté. En effet, cette taille confère aux matériaux une toxicité plus grande que les espèces chimiques qui constituent ces mêmes matériaux à une taille plus importante. Les nanomatériaux possèdent une grande capacité à entrer et à s'accumuler dans les noyaux des cellules. C'est pour cela que les scientifiques insistent sur le fait que les nanoparticules introduits dans le corps du patient doivent être totalement biodégradables, pour éviter toute accumulation dans l'organisme. Malgré le fait que la fabrication des nanomédicaments soient extrêmement contrôlée, il n'empêche que la nanomédecine reste un domaine nouveau, et ceci laisse une hypothétique possibilité que des paramètres encore inconnus pour le moment soient responsables de problèmes toxicologiques plus tard.

Il est à préciser que chaque individu est différent, donc présente des réactions différentes aux nanoparticules dans son organisme. Pour une personne donnée, la probabilité de survenue d'un danger lors de l'utilisation médicale des nanotechnologies varie de celle d'une autre personne. Il existe des facteurs de gravité qui sont propres à chaque individu. Ainsi, si les cas traités aujourd’hui via des nanomédicaments n’ont pas présenté aucune anomalie, on n’est pas à l’abri de constater des problèmes dans le futur… Cela complique également l’évaluation des dangers.

Les connaissances sur les nanoparticules sont encore en cours d'acquisition. On ne sait pas tout sur ce sujet, on ne peut donc pas apporter de réponses certaines quant à la question de savoir et définir les conséquences de l'utilisation des nanoparticules en thérapie.

L'application de la nanomédecine pose aussi la question de l'égalité. En effet, lorsque les nanotechnologies seront appliquées de manière plus conséquente, se posera alors la question de l'accessibilité des soins. Au vu de la complexité de fabrication et de la nouveauté du domaine, ceux-ci seront certainement coûteux, creusant ainsi une fosse d'inégalité à l'accès aux soins entre les plus aisés et les plus démunis. Le système social actuel sera-t-il en mesure de prendre en charge ces traitements, et ce de manière équitable ? La nanotechnologie bénéficiera-t-elle donc uniquement à une minorité ?

[nanotpe]

De nombreux questionnements concernent également le diagnostic médical. Les nanotechnologies contribuent à améliorer le diagnostic, ce qui pour beaucoup ne peut être que bénéfique pour l’homme. Mais n’y a-t- il dont pas des risques à craindre ?