Nanomédecine

Cancer

• Présentation de la maladie
• Chiffres
• Traitements actuels contre le cancer
  • Diagnostic actuel
  • Thérapies actuelles
  • Inconvénients
• Nouveaux traitements à l'aide des nanotechnologies
  • Diagnostic avec les nanotechnologies
  • Thérapies avec les nanotechnologies
  • Vectorisation des médicaments
    • Principe
    • Différents types de vecteur
    • Différentes générations
    • Avantages
  • Nanoballes de silice
  • Nanothérapeutiques
  • Nanoparticules magnétiques

Présentation de la maladie

Le cancer consiste donc en une multiplication incontrôlée des cellules dans un organe ou dans un tissu. Cette multiplication incontrôlée résulte de la mutation du génome de la cellule et plus particulièrement de la mutation du gène contrôlant en temps normal la mitose (ou la reproduction cellulaire). Dans le cas d'un cancer, des cellules deviennent donc mutées. Leur taille commence à augmenter et elles se multiplient de plus en plus fréquemment. De plus, le génome muté du cancer se transmet également aux autres cellules encore saines. Pour cela, les cellules cancéreuses diffusent dans les veines ou bien dans le système lymphatique un virus précis appelé "v-onc". La maladie rentre alors dans la métastase, c'est-à-dire que la maladie s'étend au reste de l'organisme. Ce virus a donc pour but de propager la maladie dans toutes les cellules de l'organisme. Lorsqu'il atteint une cellule, il parvient à pénétrer dans le noyau où est contenue l'information génétique (ADN). Le v-onc fait alors une copie du génome dans laquelle il modifie la partie du programme génétique cryptant pour la reproduction cellulaire de telle sorte que cette cellule se multiplie de façon incontrôlable (comme une cellule cancéreuse). Ce génome modifié est alors appelé "c-onc". Le c-onc s'implante alors à la place de l'ancien génome et la cellule est devenu cancéreuse. Le v-onc est un virus de type oncovirus, c'est-à-dire qu'il favorise la propagation du cancer grâce à sa faculté à modifier le programme génétique des cellules saines.

La première mutation responsable de la maladie peut-être favorisée par des éléments extérieurs à l'organisme humain comme par exemple le tabac (cancer du poumon), la consommation d'alcool (cancer du foie, de l'estomac, du pancréas), de l'alimentation, des conditions environnementales (pollution) mais peut aussi dépendre de "facteurs internes", notamment génétiques.

En effet, la présence d'un certain allèle (version possible qu'un gène peut prendre) du gène codant pour la reproduction cellulaire favoriserait la mutation de la cellule, en stimulant la production d'une protéine (oncoprotéine) poussant l'organisme à multiplier de manière désordonnée les cellules. On appelle ce type d'allèle un oncogène.

La multiplication incontrôlée des cellules peut provoquer une hémorragie interne (éclatement d'une artère), le disfonctionnement d'un organe totalement rempli de cellules cancéreuses, une insuffisance respiratoire. Toutes ces conséquences peuvent être responsables de la mort du patient.

Chiffres

Depuis 2004, le cancer est au premier rang des causes de mortalité prématurée ; il a effectivement dépassé les maladies cardio-vasculaires.
1 homme sur 2 et 1 femme sur 3 sont touchés par le cancer.
Il y a eu environ 365 500 nouveaux cas de cancer en France en 2011, contre 357 700 en 2010. Le nombre de nouveaux cas a augmenté de 93% chez l'homme et de 84% chez la femme en 30 ans. Par contre, le nombre de décès associés à chuté, il est passé 148 800 en 2010 à 147 500 en 2011.
Le risque de mourir du cancer a baissé de 25% en 30 ans. Toutefois, ce n'est pas encore suffisant, 8 millions de personnes meurent chaque année du cancer dans le monde, soit 1 personne toutes les 4 secondes.
La mortalité mondiale est supérieure à celle du SIDA, de la tuberculose et du paludisme réunis.

Traitement actuel contre le cancer

Diagnostic actuel

Différents moyens sont actuellement utilisés pour diagnostiquer le cancer. Tout d'abord, on procède à un examen clinique pour évaluer l'état général, et des analyses de sang et d'urine sont faites. Ensuite, les examens varient en fonction de l'organe touché. Il y a l'endoscopie qui consiste à introduire un endoscope dans une cavité pour visualiser l'intérieur et déceler une éventuelle lésion. La radiographie est utilisée pour les poumons et les os, la mammographie pour le sein, l'IRM pour le cerveau, la moelle osseuse, ou les parties molles qui permet de détecter une tumeur de la taille d'un grain de raisin, soit 10 millions de cellules, et le scanner pour l'ensemble du corps et surtout les poumons. Enfin, on peut procéder à une biopsie pour être sur, on prélève un fragment de tissu sur l'organe suspecté d'être atteint qui est ensuite analysé.

Thérapies actuelles contre le cancer

Le traitement du cancer dépend d’une multitude de facteurs : du type de cancer, de sa taille et de sa localisation, de l’évolution de la maladie et de l’état de santé de la personne.

Trois approches sont possibles :

• Un traitement curatif, qui vise à guérir le cancer.
• Un traitement adjuvant, qui est donné en parallèle au traitement principal, afin d’augmenter les chances de guérison.
• Un traitement palliatif, qui vise à soulager les symptômes ou à prolonger la durée de vie, lorsque les chances de guérison sont très faibles.

Ces trois approches se déclinent en plusieurs traitements :

• La chirugie : L'objectif est de retirer la tumeur cancéreuse et d'évaluer sa gravité et son étendue. Les techniques chirurgicales ont beaucoup évolué et aujourd'hui, le but est de préserver le plus possible l'organe en n'enlevant que la partie malade. Ainsi, dans 50% des cas, les femmes ne sont désormais pas amputées du sein en cas de cancer. L'ablation peut être suffisante pour certains cancers qui évoluent très lentement comme celui de la peau. Le point faible est que la chirurgie agit localement, il n'y a donc pas d'action sur les éventuelles métastases. Il faut donc parfois effectuer un traitement complémentaire pour détruire les cellules cancéreuses résiduelles et prévenir les récidives.
• La radiothérapie : Elle est basée sur l'utilisation de rayons X qui détruisent les cellules cancéreuses en les irradiant. Cette technique peut être utilisée avant l'intervention chirurgicale pour réduire la taille de la tumeur ou après pour éviter les récidives. Les rayons X détruisent le capital génétique de la cellule cancéreuse ce qui l'empêche de se reproduire. Ce traitement est indolore mais provoque de plusieurs effets secondaires.
• La chimiothérapie : Elle est basée sur l'utilisation de médicament anticancéreux. Elle traite non seulement l'organe atteint mais aussi l'ensemble de l'organisme. Elle est utilisée soit après l'intervention et permet ainsi de traiter les métastases, et de prévenir les récidives, soit avant pour réduire la taille de la tumeur. Plusieurs médicaments à visée anticancéreuse sont injectés le plus souvent par perfusion pendant une durée allant de 4 à 6 mois. La chimiothérapie présente de nombreux effets secondaires comme des vomissements et une fatigue importante, et provoque la perte des cheveux. Avec l'utilisation de la chimiothérapie, pour 1 cellule malade touchée, 100 000 ou 1 million de cellules saines sont touchées.
• L'immunothérapie : Elle est basée sur un principe simple. Nous fabriquons tous des cellules cancéreuses qui sont normalement détruites par le système immunitaire. Si le cancer se développe, c'est que le système immunitaire est défaillant, il faut donc le renforcer. L'immunothérapie se décline en plusieurs méthodes. On peut multiplier les lymphocytes, les cellules du système immunitaire chargées de détruire les cellules anormales, ou stimuler le système immunitaire, ou bloquer le gène anormal, ou bloquer la multiplication des cellules cancéreuses, ou encore créer un obstacle à la nutrition des cellules cancéreuses qui doivent se nourrir pour se développer.

Inconvénients

Le cancer est souvent diagnostiqué trop tard. En effet, le cancer peut être dépisté à différents stades d'évolution, plus il est dépisté tard, plus les chances de survie sont faibles. Ainsi, pour le cancer colorectal, le stade 1 correspond à une tumeur très superficielle dans la paroi de l'intestin, le stade 2 à une tumeur plus profonde qui peut s'étendre à un organe voisin, le stade 3 à une atteinte des ganglions autour du côlon et le stade 4 à une atteinte des organes à distance avec le développement de métastases. Le taux de survie 5 ans après est de 94% pour un cancer colorectal diagnostiqué au stade 1, de 80% au stade 2, de 47% au stade 3 et de 3% au stade 4. Actuellement, 1 cancer sur 5 est dépisté au stade 1 et les chances pour le patient de survivre chutent en conséquence. Avec les nanotechnologies, des tumeurs de 10 à 100 cellules pourraient être observables, c'est à dire des tumeurs 1 000 à 1 000 000 de fois plus petites que celles visibles par IRM ou avec un scanner. Le taux de survie augmenterait donc considérablement.

De plus, les différents traitements actuels possèdent de nombreux effets secondaires plus ou moins lourds ( pertes des cheveux vomissements ...). Avec l'apport des nanotechnologies, les cellules cancéreuses pourraient être ciblées plus efficacement, moins de cellules saines seraient alors touchées, réduisant significativement l'impact des effets secondaires sur les patients.

Traitements avec les nanotechnologies

Diagnostic avec les nanotechnologies

Le diagnostic à l’aide des nanotechnologies se caractérise lui par ses nombreux intérêts par rapport à la détection actuelle du cancer. Le principal avantage est que la détection nanotechnologique permettrait un gain de temps assez considérable. En sachant que plus une pathologie est détectée tôt, plus le patient a des chances accrues de survie, un gain de temps serait donc salvateur pour de nombreux malades. On estime que les nanotechnologies pourraient permettre un gain de temps compris entre 7 et 10 ans. Cette détection optimisée s’explique par le fait que la maladie peut-être détectée alors que très peu de cellules cancéreuses sont présentes dans l’organisme.

On distingue deux techniques principales dans le diagnostic à l’aide des nanotechnologies : l’illumination des cellules cancéreuses et les laboratoires sur puce.

• 

  Illuminer les cellules cancéreuses : Cette technique fût notamment développée par l’équipe du professeur Shuming Nie en 2004. Le but est de pouvoir visionner les cellules cancéreuses sur des IRM (imageries à résonnance magnétique). Pour ce faire, on injecte dans le corps du patient des particules nanométriques. Sur la couche externe de la particule, les chercheurs ont fixé une balise nanométrique (un polymère) qui, une fois dans le sang, se fixe aux cellules cancéreuses à la manière d’un Velcro. La couche interne de la particule nanométrique constitue la source de lumière, également appelée « quantum dots ». Ainsi, sur l'IRM, des zones apparaîtront colorées et permettront d'identifier les cellules cancéreuses et de déterminer leur emplacement dans l'organisme. La couleur des quantum dots dépend de la taille des cellules cancéreuses, déterminant par la même occasion le type de cancer détecté (en fonction du cancer, la taille des cellules varie). Les scientifiques ont donc réalisé une échelle de couleur. Cette découverte est d'autant plus intéressante qu'un cancer pourrait être détecté avec moins de 1000 cellules infectées. Cependant, la toxicité de la particule, contenant du séléniure de cadmium, est une limite importante de la technique.



• Laboratoire sur puce : Comme la technique des quantum dots, les laboratoires sur puce permettraient un gain de temps important et seraient d’une utilité pratique très intéressante puisqu’une simple goutte de sang serait suffisante afin d’obtenir les résultats de l’analyse. Cette technique s’apparenterait donc au travail d’un laboratoire d’analyse médical à l’exception près que les résultats seraient obtenues en 10 minutes et que le laboratoire pourrait être contenu dans une poche De plus, contrairement à ce que l’on pourrait penser, l’analyse aurait tendance à baisser les coûts ce qui pourrait être utile pour développer la médecine dans les pays pauvres où le manque de moyens est un obstacle considérable. Cette technique consiste en la fabrication d’une micro-puce en silicium, qui équivaut au micro-processeur d’un ordinateur, sur laquelle on déposerait une goutte de sang ou de salive qui circulerait ensuite dans des canaux nanométriques, par pression de l’air, où le sang traverserait des appareils d’analyse miniaturisés qui procéderaient chacun à une analyse très précise. L’analyse se fait à l’aide d’un laser et les données relevées sont ensuite traitées par un logiciel..

  

  Les résultats, récupérés ensuite sur ordinateur, permettent une analyse complète et très détaillée donnant ainsi au médecin la possibilité de mieux sélectionner les médicaments et le traitement à prescrire au patient (cela permet aussi d’éviter au maximum la prescription d’antibiotiques rendant, en cas d’utilisation trop importante, le virus plus résistant). En 2010, l'institut Curie a mis au point un laboratoire sur puce nommé Ephesia un peu spécial. Au lieu de faire circuler le prélèvement de sang entre différentes cellules d'analyses, l'échantillon traverse un "tamis de cellules" composé d'anticorps spécifiques, fixés à des microbilles magnétiques. Les anticorps ont la capacité de capturer les lymphocytes B en identifiant la protéine caractéristique des cellules malades. Les lymphocytes peuvent, en cas de mutation de leur génome, provoquer des lymphomes (cancer du système lymphatique). La microbille, à laquelle est attachée l'anticorps, est ensuite prélevée et les cellules sont alors mises en culture afin d'étudier leur division cellulaire et leur réaction aux différents médicaments. Ce laboratoire sur puce permet donc d'identifier de nouveaux types de cellules malades et de découvrir de nouveaux traitements.

Thérapies à l'aide des nanotechnologies

1. Vectorisation des médicaments

a) Principe

Lors d'une chimiothérapie, le dosage est très difficile; en effet, une dose trop faible est inefficace contre la tumeur alors qu'une dose excessive présente une toxicité trop dangereuse pour la patient. Leur encapsulation dans des nanoparticules peut permettre de surmonter ces difficultés en protégeant le principe actif et en contrôlant sa libération. De plus, l'utilisation de ces vecteurs peut offrir la possibilité d'un ciblage au niveau cellulaire. La vectorisation consiste donc à transporter un principe actif en quantité suffisante vers la cible à atteindre au moyen d'un vecteur, lequel est inactif du point de vue thérapeutique. Cela permet d'éviter l'administration directe du médicament dans le corps humain.

b) Les différents types de vecteur

On peut distinguer trois types de vecteur en fonction de la nature des éléments et de leur structure.

• Les nanosphères sont des structures matricielles, de forme sphérique, constituées de polymère. Le principe actif est incorporé à l'intérieur du réseau durant la formation des nanosphères. Puis, il est libéré par simple diffusion ou à la suite de la biodégradation du polymère dans l'organisme. Les nanosphères permettent de transporter des principes actifs hydrophobes.
• Les nanocapsules sont des structures réservoirs et sphérique. Elles sont constituées d'un cœur entouré par une mince paroi de polymère dont l'épaisseur n'excède pas quelques nanomètres. Le principe actif est dissous dans le cœur huileux, il doit donc être hydrophile.



• Les liposomes sont de petites vésicules sphériques dont la paroi est constitué d'une bicouche délimitant une cavité centrale contenant une phase aqueuse. Leur diamètre se situe dans un intervalle allant de 20 nm à 1µm. Ils peuvent véhiculer à la fois un principe actif hydrophile dissous dans la phase aqueuse et un principe actif hydrophobe par insertion dans la bicouche, ce qui représente un avantage indéniable par rapport aux deux vecteurs précédents. Toutefois, les liposomes sont instables chimiquement et physiquement ce qui rend leur application plutôt difficile.

c) Les différentes générations

Il existe trois générations de nano vecteur, ces trois générations constituent en fait les améliorations successives des nanoparticules pour rendre le ciblage plus efficace.

• La première génération : Les nanoparticules décrites précédemment sont injectées dans le sang par voie intraveineuse. Des protéines, les opsonines se fixent dessus, l'organisme les reconnait comme étrangères. Elles sont donc captées par les macrophages du foie qui les dégradent, ce qui libère le médicament. Cela permet par conséquent d'apporter un principe actif précisément dans le foie sans le libérer dans le reste de l'organisme.

• 

  La deuxième génération : Les nanovecteurs de 2ème génération sont qualifiés de "vecteurs furtifs". En effet, sur les nanoparticules, on greffe du PEG qui est un polymère très hydrophile. Ainsi, lorsque les vecteurs sont injectés dans le sang, les opsonines ne s'accrochent plus sur la paroi de ces derniers. L'organisme ne les reconnait donc plus comme étrangers et ils ne sont pas captés par les macrophages du foie. Il peuvent tourner plus longtemps dans le système vasculaire. Au niveau des tumeurs, la paroi vasculaire est plus perméable, les nanovecteurs parviennent à se glisser à cet endroit. Le principe actif est libéré en passant par les pores du vecteur. Cette ouverture peut être provoquée par différents facteurs dont par exemple l'acidité du milieu.
• La troisième génération : Les vecteurs de 3ème génération sont eux aussi recouverts de PEG, et des ligands sont fixés à la surface des vecteurs furtifs. Les ligands sont des molécules capables de reconnaître marqueurs présents sur les cellules pathologiques. Chaque cellule cancéreuse possède des marqueurs spécifiques. Les nanoparticules sont attirées par une seule sorte de marqueur en fonction du ligand greffé. Elles peuvent ainsi libérer le principe actif au plus près des cellules cancéreuses.

d) Les avantages

La vectorisation des médicaments présente de nombreux avantages. Pour commencer, l'encapsulation dans des nanoparticules permet de protéger le principe actif. De plus, le traitement du cancer utilise des molécules toxiques. Pour assurer l'efficacité thérapeutique du principe actif, il est nécessaire d'injecter une quantité importante de médicament , ce qui peut provoquer des effets secondaires, comme la chute des cheveux, liés à la toxicité de la molécule. L'utilisation de vecteurs permet donc de réduire cette toxicité. Ensuite, les fluctuations de concentration en principe actif dans le sang peuvent êtes réduites en contrôlant la libération de celui-ci, ce qui permet de le maintenir dans la zone d'efficacité thérapeutique. En effet, la concentration en médicament doit dépasser le niveau minimum d'efficacité , tout en restant inférieure au niveau toxique. Le contrôle de la vitesse de libération du principe actif encapsulé permet d'assurer une concentration quasi-constante, comprise entre ces deux niveaux pendant une durée bien supérieure à celle obtenue avec une administration classique.

2. Nanoballes de silice

Développées par des chercheurs de la Rice University à Houston, les nanoballes, aussi appelées nanoshells, sont des petites particules de silice de 110 nm de diamètre, recouvertes d'une couche d'or épaisse de 10 nm. L'or a été choisi en raison de sa biocompatibilité. Les chercheurs ont remarqué que sous l'effet de la lumière, les nanoballes émettent à leur tour de la lumière sous la forme d'une longueur d'onde qui varie en fonction du rapport entre la taille du noyau de silice et l'épaisseur de la couche d'or, c'est le phénomène de résonance plasmonique. Ils observent aussi qu'aux fréquences lumineuses proches de l'infrarouge (autour de 800nm), les nanoshells absorbent une partie de cette énergie. De plus, une partie de ce rayonnement infrarouge traverse les tissus biologiques. Il parait donc possible de chauffer les nanoshells à distance, une fois introduites dans le corps humain. Lorsque les nanoballes sont au contact des cellules cancéreuses, on peut ainsi élever leur température de 37°C jusqu'à 55°C. Cela a pour conséquence de faire varier la perméabilité de la cellule, en créant d'énormes pores dans la membrane cytoplasmique qui laissent pénétrer le fluide circulant autour des cellules. La cellule cancéreuse est alors détruite. Des expériences ont été menées sur des souris, et après l'injection des nanoshells, les cellules pathogènes ont été complètement détruites, et les cobayes ont fini en bonne santé.

3. Les nanothérapeutiques

La société française Nanobiotix, fondée en 2003, et spécialisée dans le développement de la nanomédecine contre le cancer utilise des "nanothérapeutiques", c'est-à-dire des nanoparticules de l'ordre de 30 nm composées d'un cœur excitable à distance par une source énergétique. Ainsi excitées, elles génèrent un effet physique, comme de la chaleur ou l’émission de radicaux libres, qui détruit les cellules cancéreuses sans léser les tissus sains. Elles sont recouvertes d'un revêtement de silice pour assurer une certaine biocompatibilité. Les nanothérapeutiques sont ensuite injectées directement dans une tumeur ou par intraveineuse. Elles se distribuent alors préférentiellement dans la tumeur. Au bout d’un certain temps, l’accumulation est suffisante et l’on peut exposer la tumeur et les nanoparticules à un champ physique. Cette entreprise a développé quatre familles de produits correspondants à des sources d’excitation différentes : IRM, laser, rayons X et ultrasons. Ces divers produits permettent de cibler différents types de tumeur. Nanobiotix a reçu récemment l'autorisation de démarrer des essais cliniques sur l'homme. 27 patients vont en effet tester leur composé le plus avancé, le NBTXR3, dans le traitement du sarcome des tissus mous. Les premiers résultats devraient être connus fin 2012.

4. Les nanoparticules magnétiques

Des chercheurs britanniques de l’Université de Sheffield, ont eu l'idée d'utiliser des nanoparticules magnétiques pour améliorer la thérapie génique. Les gènes sont à l'origine de la synthèse des protéines. Certains allèles ( différentes formes que peut prendre un gène ) mutés produisent des protéines non-fonctionnelles, qui provoquent des maladies héréditaires ( la mucovicidose ) ou non ( le cancer ). Le principe de cette thérapie est d'introduire le bon gène dans les cellules déficientes pour corriger la production anormale de protéine. La thérapie génique cherche donc à intervenir au niveau de la source du problème. Pour introduire le gène dans l'organisme malade, un bon moyen est de le placer d'abord dans des monocytes, des cellules sanguines de la famille des leucocytes (globules blancs) évoluant en macrophages, puis d’injecter ces derniers dans la circulation sanguine. Toutefois, le nombre de monocytes atteignant la tumeur est trop faible pour soigner un cancer. C'est à ce moment là qu'interviennent les nanoparticules magnétiques. En effet, ces dernières sont insérées dans les monocytes ; ensuite, les chercheurs injectent le tout dans des souris malades. Puis, à l'aide d'un champ magnétique, ils dirigent les monocytes modifiés vers la tumeur à soigner. Ils ont remarqué que leur quantité dans la tumeur avait grandement augmenté, ce qui permet d'augmenter significativement l'efficacité de la thérapie génique. Il n'en faut pas plus pour relancer les espoirs, nés 20 ans plus tôt, autour de cette technique innovante.

Les nanotechnologies permettent donc d'envisager de nouvelles solutions pour améliorer le traitement du cancer, que ce soit au niveau du diagnostic ou encore de la thérapie, avec un objectif commun : soigner plus rapidement, plus efficacement et de manière plus ciblée. Différentes techniques plus ou moins innovantes sont envisagées mais la plupart sont toutefois encore à l'état d'étude. On note néanmoins l'apparition des liposomes de deuxième génération sur le marché, commercialisés par la société américaine ALZA.

Maladie d'Alzheimer

Généralités

La maladie d'Alzheimer est une maladie neurodégénérative irréversible, caractérisée par une perte importante des fonctions cognitives et une démence dans les cas les plus avancés. Elle touche actuellement plus de 35 millions de personnes en Europe, et ce chiffre est en perpétuelle augmentation notamment à cause du vieillissement croissant de la population. Les causes de la maladie d'Alzheimer ne sont pas clairement définies et animent encore aujourd'hui de nombreux débats, toutefois on observe deux caractéristiques physiopathologiques communes chez les patients atteints. Tout d'abord, il est observé chez les patients atteints d’Alzheimer une hyperphosphorylation de la protéine τ au niveau intracellulaire (notamment dans les prolongements neuronaux) qui entrainent un désassemblage des microtubules, à l'origine de la mort neuronale prématurée.

On observe également l’accumulation d’agrégats du peptide amyloïde β sous forme de plaques dites séniles dans le milieu interstitiel (entre les neurones), lui aussi à l’origine de la dégénérescence neuronale. Cette dernière caractéristique étant actuellement considérée par la majorité de la communauté scientifique comme la cause principale de la maladie, elle fait l’objet de nombreuses études visant à stopper sa production par l’organisme de patients atteints. Le but ultime est l’élaboration d’un traitement curatif qui permette de ralentir l’avancée de la maladie.

Il existe actuellement plusieurs traitements sur le marché. Ce sont principalement des inhibiteurs de l’acétylcholinestérase, enzyme jouant un rôle crucial lors de la biosynthèse du peptide Aβ chez les patients atteints d’Alzheimer. Les autres traitements (traitements de confort) retardent simplement l'avancée de la maladie mais n'ont aucun effet curatif. L'action de ces substances actives est grandement limitée par la barrière hémato-encéphalique qui joue le rôle de mur plus ou moins sélective et perméable entre le cerveau et la circulation sanguine. Infranchissable, elle empêche les agents pathogènes présents dans le sang de pénétrer dans le cerveau alors que les nutriments et autres oligo-éléments, indispensables au bon fonctionnement neuronal, franchissent cette barrière sans encombre. Malheureusement, d’un autre côté, les principes actifs permettant de soigner notamment des maladies dégénératives (Alzheimer, Parkinson) du système nerveux central ne peuvent pas être correctement délivrées au niveau de leur site d’action thérapeutique. C'est pourquoi il n'existe pour l'instant aucun traitement efficace mais également aucun test de dépistage précoce de la maladie d'Alzheimer.

Le recours à des nanoparticules reste une alternative potentielle notamment pour favoriser le passage de molécules bioactives à travers la barrière hémato-encéphalique. Les nanotechnologies dans le cas de la maladie d’Alzheimer permettraient ainsi la vectorisation de principes actifs ayant déjà une action thérapeutique notoire lorsqu’ils sont utilisés libres. D’autre part l’utilisation de nanotechnologies pour aller cibler les biomarqueurs de la maladie permettrait également de diagnostiquer de manière précoce les personnes atteintes de cette maladie.

Diagnostic à l'aide des nanotechnologies

Différents moyens sont actuellement à l'étude pour améliorer le diagnostic de la maladie d'Alzheimer :

• Des nanoparticules inorganiques d'oxyde de fer ont notamment été recouvertes de peptide Aβ. Injectées dans le cerveau d’animaux modèles Alzheimer, ces nanoparticules ont montré une affinité certaine pour les plaques amyloïdes présentes. Ces nanoparticules étant visibles par IRM (Imagerie par Résonance Magnétique), elles ont permis de visualiser précisément les agrégats de peptides Aβ.
• Des nanoparticules polymériques (constituées de polymère) associées de manière covalente à un inhibiteur fluorescent de l’acétylcholinestérase, ont également été injectées en intracrânien dans des animaux modèles. Expérimentalement, il a pu être observé par microscopie à fluorescence une colocalisation importante entre ces nanoparticules fluorescentes et les plaques amyloïdes préalablement marquées (également avec un fluorophore).
• Des nanoparticules polymériques encapsulant de la Thioflavine T sont aussi utilisées. La Thioflavine T s'intercale entre les feuillets β lors du processus d’agrégation du peptide Aβ et deviennent fluorescentes, rendant visibles les plaques amyloïdes.
• Les quantum dots, nanocristaux fluorescents, ont également été associés à un complexe PEG-peptide Aβ, permettant ainsi de suivre les mécanismes d'agrégation du peptide Aβ in vitro, c'est à dire dans une culture de cellules, en dehors d'un organisme vivant. Ils permettent tout de même de donner une idée des processus physiologiques qui se produisent in vivo, c’est-à-dire dans un organisme vivant.

Ces différentes techniques présentent des résultats probants lors des tests effectués sur des modèles murins (modèle d’expérimentation animale utilisant la souris), il reste toutefois encore du chemin à parcourir avant de les voir appliquées à l'homme. Il est notamment indispensable de s’affranchir des techniques invasives d’administration (telle que l’injection intracrânienne) utilisées dans ce genre de tests.

Thérapies à l'aide des nanotechnologies

Différentes thérapies sont actuellement envisagées pour traiter efficacement la maladie d'Alzheimer :

• La rivastigmine ou la tacrine, deux inhibiteurs de l'acétylcholinestérase ont notamment été encapsulées dans des nanoparticules polymériques recouvertes de polysorbate 80. Grâce à cette couche supplémentaire, des apolipoprotéines E3 (ApoE3), protéines présentes dans le sang peuvent être adsorbées (fixées) sur les nanoparticules et leur permettent ainsi de franchir la barrière hémato-encéphalique par reconnaissance spécifique au niveau de récepteurs aux apolipoprotéines, présents à la surface des cellules endothéliales vasculaires (l'endothélium vasculaire est la couche la plus interne des vaisseaux sanguins). Le taux d'administration de ces principes actifs est ainsi multiplié par 4 lorsque ces nanoparticules recouvertes de polysorbate 80 sont utilisées (par rapport à une injection de principe actif libre). Ces nanotechnologies constituent donc une alternative intéressante lorsque l’on considère le passage de la barrière hémato-encéphalique après injection intraveineuse.
• La curcumine, provenant de l’épice curcuma mais également puissant antioxydant, a certaines propriétés intéressantes pour combattre la maladie d'Alzheimer. En effet, le stress oxydant aurait également un rôle important dans les mécanismes de mort neuronale lors des maladies neurodégénératives. Malheureusement, la curcumine est métabolisée (détruite) très rapidement dans le tractus digestif puis après son passage dans le sang. Son encapsulation dans des nanoparticules permet donc d'augmenter significativement sa durée de vie plasmatique et par la même occasion sa concentration dans le cerveau. De manière très prometteuse, ces nanoparticules encapsulant de la curcumine ont été fonctionnalisées de manière covalente avec de l'ApoE3 pour traverser la barrière hémato-encéphalique. La toxicité due aux plaques amyloïdes a ainsi été réduite de 40% avec l'utilisation de nanoparticules par rapport à la curcumine libre.
• L’effet de nanoparticules "éponges" à radicaux a également été étudié. Les fullerènes (molécules composées d'atomes de carbone ayant une forme géométrique rappelant celle d'une sphère) notamment ou les nanoparticules de cérium qui permettent de réduire de manière importante la formation de radicaux libres (qui seraient une des causes de la formation des plaques amyloïdes) ont montré une diminution de la toxicité due au peptide Aβ.

Perspectives

L'utilisation des nanoparticules a donc permis d’augmenter de manière significative la distribution de principes actifs au cerveau et a montré des résultats encourageants quant à la réduction de la taille des plaques amyloïdes. Un des problèmes majeurs avec les nanoparticules est leur voie d'administration pour l'instant souvent invasive, c'est-à-dire qui crée des lésions cérébrales. De nombreux challenges restent donc à surmonter pour l'obtention de traitements viables pour le patient. Le découverte d’un test diagnostic précoce est également nécessaire pour traiter les patients le plus tôt possible et ainsi éviter les dommages irréversibles liés à la maladie d'Alzheimer.

Regénération cellulaire

La technique de la culture et de la régénération cellulaire, consiste comme son nom l'indique, en une culture de cellules à l'intérieur même du corps où les cellules implantées dans les parties endommagées se multiplient et réparent ainsi en créant de toutes parts un nouvel organe, un nouvel os ou encore un nouveau muscle. Aux premiers abords, cette technique pourrait s'avérer simple et facile à mettre en oeuvre. Cependant, les chercheurs doivent tout d'abord créer un échafaudage en trois dimensions pour permettre l'assemblage des cellules. L'architecture est développée sur ordinateur et doit évidemment tenir compte de la taille et de la forme de la future pièce. La structure est fabriquée à partir de collagène, trouvé sur le patient même et qui est biodégradable, mais aussi d'un hydrogel, utilisé pour combler les espaces laissés vides. Une fois l'échafaudage fabriqué, on le remplit par des cellules souches prélevées sur le patient ce qui assure de cette façon la recevabilité de l'implant (pas d'incompatibilité avec l'organisme et donc pas de réponse immunitaire) et empêche tout rejet de cette greffe. Les cellules souches présentent surtout l'avantage d'être indifférenciées. En effet, l'organisme marque les cellules en fonction du rôle qu'elles jouent dans l'organisme: cellule nerveuse, cardiaque, musculaire,… Les cellules non spécialisées peuvent donc être utilisées n'importe où dans l'organisme. Elles se spécialisent au bout de 4 jours. Ces cellules sont donc d'une très grande flexibilité pour les chercheurs. L'armature est alors implantée dans la zone à réparer, les cellules se développent alors autour de l'armature, la recouvrent, et forment un nouvel élément de l'organisme (os, muscle, nerf,…). Les scientifiques déterminent juste la spécialisation de quelques cellules et l'ensemble formera alors la partie à remplacer (les cellules se spécialisent en fonction de leurs voisines). Pour permettre la sortie de l'armature, cette dernière doit présenter de petits pores nanométriques. La structure utilise ici une technique de l'industrie textile pour faire en quelque sorte un tissage du collagène.

Le développement d'une telle technologie serait tout simplement une véritable révolution pour la médecine. Elle permettrait de renouveler la peau des brûlés en fabriquant des cellules de peau, d'éviter des problèmes cardiaques en cultivant les cellules du cœur responsable de la contraction du muscle, de reconstituer les os cassés.

Cependant, elle se heurte encore à des problèmes récurrents puisque les chercheurs n'arrivent pour l'instant qu'à fabriquer un élément à partir d'un seul et même type de cellules spécialisées ce qui empêche l'utilisation de la technique pour le corps humain qui est d'une variété et d'une richesse énorme. De plus, cette technique se heurte d'une part à la législation actuelle de certains pays (dont la France) qui restreint l'utilisation des cellules souches mais, d'autre part, à une éthique qui accepte mal que l'on pourrait permettre de grossir un cœur humain ou d'allonger la taille des jambes. Pourtant, les recherches continuent et des tests sont réalisés sur des animaux.

Si la vidéo ne s'affiche pas, cliquer sur le lien suivant : Voir la vidéo