Nanomédecine au quotidien

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Les nanotechnologies révolutionnent de manière profonde de nombreux domaines. La santé est sans doute un de ceux qui vont bénéficier largement de l'apport des nanosciences. Alors que les traitements se font à l'heure actuelle de manière macroscopique, la nanomédecine ouvre la voie à des traitements ciblés et personnalisés. Ce domaine est très présent à Houston qui accueille, face à face, l'université où sont nées les nanotechnologies en 1985 et qui reste le leader mondial en science des matériaux, Rice University, et le plus grand centre médical du monde, le Texas Medical Center.

Le Methodist Hospital au coeur du Texas Medical Center

Le Texas Medical Center de Houston a été créé en 1945, suite à la mise en place de la fondation M.D. Anderson en 1937. Ce riche industriel texan avait en effet remarqué qu'à sa mort, une grande partie de sa fortune reviendrait à l'état et il était décidé à ce que cela n'arrive pas. Il avait en réaction mis en place une fondation pour financer des projets dans les sciences médicales qui reçu 19 millions de dollars à son décès en 1939.

Les fonds permirent d'acheter un terrain au sein de Houston dédié uniquement à la construction d'hôpitaux et de centre médicaux. Aujourd'hui, 49 institutions liées aux sciences médicales se sont implantées sur le site. Près de 100.000 personnes - dont plus de 20.000 cliniciens et chercheurs - y travaillent chaque jour et 6 millions de patients y sont soignés annuellement. Les hôpitaux disposent aussi de centres de recherche qui brassent plus de 6 milliards de dollars de dépenses en recherche médicale chaque année.

Parmi les institutions de recherche phares du Medical Center se trouvent le MD Anderson Cancer Center [1], le Brown Institute for Molecular Medicine [2] ou encore le Methodist Hospital Research Institute (TMHRI) [3,4]. Dirigé par le Prof Mauro Ferrari, ce dernier s'est installé dans des locaux flambants neufs il y a quelques mois. Plus de 40.000 m2 dédiés à la recherche médicale et à l'enseignement sur les techniques de pointe. Parmi les équipes constituées, un groupe de chercheurs travaille sur l'application des nanotechnologies à la détection et aux traitements des maladies, notamment du cancer.

Les travaux en nanomédecine au TMHRI

Les processus biologiques assurant la vie se produisent à l'échelle des molécules, c'est-à-dire à l'échelle nanométrique. Les nanoobjets présentent alors l'avantage, par leur taille, de pouvoir interagir directement avec les processus biologiques à l'intérieur des cellules vivantes. Pour assurer cette interaction, il faut choisir les matériaux en fonction de leur taille, de leur composition, de leur forme ou encore de leurs propriétés. Pour obtenir les outils adéquats, le travail des chercheurs est semblable à l'assemblage d'un jeu de légo : trouver un matériau qui va servir de moyen de transport et y accrocher divers molécules. Certaines qui permettent de cibler des cellules données, cancéreuses par exemple. D'autres qui, sous l'effet d'une excitation extérieure, vont devenir luminescentes pour fournir une image des tissus. D'autres encore qui serviront de médicament et viendront traiter la cellule en question ou alors qui viendront la détruire.

L'équipe Nanomédecine du Méthodist travaille sur un concept de structure à "plusieurs étapes" (multistage) [5]. Les chercheurs ont développé des nanoparticules de silicium poreux dont la taille est de l'ordre de quelques centaines de nanomètres. Ce matériau présente les avantages de pouvoir être produit facilement en grande quantité, d'être biodégradable via des processus différents en fonction de sa taille et de sa forme et d'être biocompatible. Ces nanoparticules en forme de coupelle, de disques, de sphères ou de bâtonnets servent de vecteur. Au sein de leurs pores peuvent être ajoutées d'autres nanoparticules plus petites comme des nanosphères d'or fonctionnalisées pour l'imagerie ou le traitement.

Les nanoparticules de silicium poreux s'intègrent dans les membranes des cellules. Les cellules ainsi chargées ne voient pas leur activité modifiée et peuvent ainsi continuer leur évolution et même endurer une mitose. Une fois intégrées, les nanoparticules qui ont été transportées au sein des particules de silicium poreux peuvent être libérées directement dans la cellule ciblée. La difficulté des traitements repose ainsi sur la possibilité de franchir les différentes barrières naturelles à toutes les échelles (organe, tissu, cellule) afin d'apporter au bon endroit l'élément qui va interagir avec le processus moléculaire défaillant. La technique multistage permet d'atteindre le niveau ultime : les réactions internes à la cellule. A la clé de ces processus, différents traitements sont possibles. Cibler les cellules cancéreuses pour provoquer leur autodestruction. Cibler des organes comme la rate pour provoquer une réaction vaccinale. Délivrer des antibiotiques ou des antalgiques de manières extrêmement précise afin de réduire les doses.

Les nanomatériaux peuvent aussi servir d'échafaudages pour améliorer la régénération des tissus, surtout des os dans le cas de fractures actuellement non réductibles et nécessitant l'amputation. Une autre voie de recherche concerne le développement de systèmes permettant de délivrer de manière contrôlée dans le temps des médicaments à travers des nanocanaux. Ces travaux pourraient permettre de créer des glandes artificielles et d'améliorer aussi les traitements dans le cadre de la chronothérapie.

Il reste encore à étudier la potentielle toxicité pour l'organisme de ces nanoparticules en fonction des dosages utilisés et de leur évolution dans le corps. Mais, même si ces travaux en sont encore au stade expérimental, ils témoignent du potentiel des nanotechnologies dans leur application aux sciences médicales.

Des possibilités de financement et de collaboration

Ce potentiel s'exprime par l'importance des financements aujourd'hui déployés notamment pour les recherches sur le traitement du cancer pour lequel les nanotechnologies présentent une réelle avancée. Au Texas, la recherche sur le cancer fait l'objet d'une attention particulière avec le développement du Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT) [6]. Ce programme, approuvé par référendum en 2007, autorise l'état du Texas à financer la recherche de pointe sur le traitement du cancer à hauteur de 3 milliards de dollars sur 10 ans. L'équipe de nanomédecine du Methodist Hospital en a déjà bénéficié.

Par ailleurs, afin de développer ses activités de recherche par des collaborations, le Methodist Hospital a mis en place récemment la Methodist Academy, un programme permettant de financer la mobilité des étudiants et des chercheurs pour que ces derniers viennent effectuer des séjours au sein des équipes de recherche du TMHRI [7].

- [1] Le site internet du MD Anderson Cancer Center :http://www.mdanderson.org/
- [2] Le site internet du Brown Institute : http://www.uthouston.edu/imm/
- [3] Le site internet du TMHRI : http://www.methodisthealth.com/tmhri.cfm?id=36171
- [4] Brochure de description du TMHRI : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/8qhvD
- [5] Le site du groupe Nanomédecine du TMHRI :http://www.methodisthealth.com/tmhri.cfm?id=39692
- [6] Le site internet du programme CPRIT : http://www.cprit.state.tx.us/
- [7] Le site internet de la Methodist Academy :http://www.methodisthealth.com/tmhri.cfm?id=40053