Rapprocher la science et le développement

  • Nanotechnologies pour la santé : Faits et chiffres

Les pays en développement peuvent-ils utiliser les nanotechnologies pour améliorer la santé ? Priya Shetty examine le potentiel de la nanomédecine.

Les nanotechnologies -- la science de l'infiniment petit – possèdent un énorme potentiel pour les soins de santé, sur de multiples plans : de la livraison des médicaments de manière plus efficace, au diagnostic des maladies de façon plus rapide et plus facile, à la livraison des vaccins présentés sous forme d'aérosol ou de bande adhésive.

La nanotechnologie est la science des matériaux à l'échelle moléculaire ou subatomique. Elle implique la manipulation de particules inférieures à 100 nanomètres (un nanomètre équivaut à un milliardième du mètre) et cette technologie consiste à développer des matériaux ou dispositifs de cette taille - invisibles à l'œil humain et souvent plusieurs centaines de fois plus fins que la largeur d'un cheveu humain. La physique et la chimie de ces matériaux sont radicalement différentes lorsqu'ils sont réduits à l'échelle nanométrique ; ils ont des qualités, une conductivité et une réactivité différentes, et l'exploitation de cette situation pourrait révolutionner la médecine.

Ainsi, un défi majeur à relever par la médecine moderne est la non-absorption par le corps de toute la dose de médicament administrée à un malade. Grâce aux nanotechnologies, les scientifiques peuvent s'assurer que les médicaments sont portés à des endroits précis dans le corps avec une plus grande précision, et ces médicaments peuvent être formulés de telle sorte que le principe actif pénètre mieux dans les membranes cellulaires, réduisant ainsi la dose requise (voir tableau 1).

Les pays riches investissent aujourd'hui massivement dans les nanotechnologies pour la santé. La première génération de médicaments contre le cancer livrés par l'intermédiaire des nanoparticules, par exemple, a déjà été approuvée par la US Food and Drug Administration (FDA).

Toutefois, les nanotechnologies dans le domaine des soins de santé sont encore à leur début et le débat quant à leur utilité pour les pays pauvres en ressources fait rage. Les critiques font valoir que lorsque des millions de personnes dans des pays comme l'Inde ou ceux d'Afrique sub-saharienne meurent à cause d'un manque d'accès aux soins de santé les plus élémentaires, les investissements dans des technologies d'avant-garde sont un ridicule gaspillage d'argent. [1]

Et les experts sont inquiets à l'idée que la toxicité des nanoparticules pour la santé humaine et l'environnement n'ait pas encore été suffisamment étudiée. Ainsi, un rapport publié en 2004 par la Royal Society et la Royal Academy of Engineering du Royaume-Uni, a recommandé que les nanoparticules et les nanotubes - des molécules de carbone cylindriques qui sont de meilleurs conducteurs que les molécules de carbone normales - soient traités comme des déchets dangereux. [2]

De nombreuses économies émergentes comme le Brésil, la Chine, l'Inde, l'Iran, la Malaisie, le Mexique, Singapour et l'Afrique du Sud nourrissent d'ambitieux projets de recherche et développement (R&D) en nanotechnologies. Leurs gouvernements ont pour tâcher d'équilibrer les besoins de santé à court terme avec des investissements technologiques à long terme.

Pourtant, alors que les pays pauvres ont pour responsabilité permanente de renforcer les systèmes de soins de santé et d'élargir l'accès aux médicaments, les nanotechnologies pourraient, à long terme, sauver des vies en rendant le diagnostic et le traitement beaucoup plus efficaces.

Un groupe de scientifiques a dressé la carte du recours aux nanotechnologies et des besoins de santé dans le monde. Ils soutiennent que la nanomédecine est pertinente pour le monde en développement. Ils ont interrogé des chercheurs du monde entier et sont parvenus à la conclusion que les nanotechnologies pourraient énormément contribuer à l'atteinte des Objectifs du Millénaire pour le Développement en matière de santé, portant sur la réduction de la mortalité infantile et maternelle et sur la lutte contre le VIH/sida, le paludisme et d'autres maladies. [3]

Diagnostic et dépistage

Les pays en développement connaissent un besoin urgent d'amélioration du diagnostic des maladies, et les nanotechnologies offrent justement une multitude d'options dans ce domaine (voir Tableau 1 sur les utilisations des nanotechnologie).

Les points quantiques fluorescents pourraient améliorer le diagnostic du paludisme en ciblant la membrane intérieure des cellules sanguines.

WHO/TDR/Andy Crump

Une technique possible : l'utilisation de boîtes quantiques -- des semi-conducteurs de taille nanométrique qui peuvent être utilisés comme des biocapteurs pour retrouver la maladie et qui peuvent être rendus fluorescents. Parfois connus sous le nom nanocristaux, les boîtes quantiques ont des avantages considérables par rapport aux colorants organiques traditionnels étant donné que leur luminescence peut être réglée sur une large gamme de fréquences, et ils se dégradent beaucoup plus lentement dans le corps. Les boîtes quantiques fluorescentes peuvent être associées à des anticorps qui ciblent les cellules cancéreuses ou les cellules infectées par la tuberculose (TB) ou le VIH (voir Tableau 3 sur les nanotechnologies et la tuberculose). [4, 5]

Les boîtes quantiques fluorescentes s'utilisent aussi pour diagnostiquer le paludisme en ciblant la protéine qui forme un maillage dans la membrane interne des cellules sanguines. La forme de ce réseau de protéines change lorsque les cellules sont infectées par le paludisme. Ainsi, les scientifiques sont en mesure de reconnaître l'infection palustre à partir de la forme produite par les boîtes. [6]

De même, les nanotubes de carbone, et d'autres nanoparticules telles que les nanofils, ont été utilisés comme des biocapteurs pour détecter des maladies comme le VIH et le cancer. Les biocapteurs du cancer peuvent être fabriqués, par exemple, en fixant des sondes à l'acide nucléique aux extrêmités des nanofils. Ces sondes sont spécifiquement conçues pour se coller aux biomarqueurs qui indiquent le cancer tel que l'ARN muté. Lorsque l'ARN muté dans un échantillon interagit avec les sondes, des courants électriques sont provoqués le long du nanofil, qui est détecté par la puce de silicium dans laquelle est incorporé le biocapteur. [7]

La livraison des médicaments

Les nanotechnologies pourraient également révolutionner la livraison des médicaments en surmontant les difficultés liées à la manière à la diffusion des médicaments dans le corps et à l'amélioration de la biodisponibilité ─ la quantité de principes actifs contenue dans une dose.

Certains médicaments peuvent désormais être livrés par le canal de 'nanovéhicules'. Par exemple, les liposomes, qui peuvent livrer la charge médicamenteuse en fusionnant avec les membranes cellulaires, ont été utilisés pour encapsuler des médicaments contre le VIH tels que la stavudine et la zidovudine dans des véhicules allant de 120 à 200 nanomètres de taille. [7] Ces deux médicaments ayant des demi-vies courtes, le revêtement des liposomes pourrait les rendre actifs pendant plus longtemps.

Parmi les autres systèmes de livraison de nanomédicaments figurent l'utilisation de cages dites 'buckyball', [8] et des nanomolécules ramifiées appelées dendrimères (voir Tableau 1).

Tableau 1. L'utilisation des nanotechnologies dans le domaine de la santé

On trouve dans les nanotechnologies plusieurs développements pouvant contribuer à améliorer la santé dans les pays en développement.

Diagnostic et dépistage des maladies

  • Les systèmes denanolitre (connus sous le nom de 'laboratoires sur puce') : des dispositifs qui automatisent un processus biologique utilisant des fluides à l'échelle du nanolitre.
  • Les boîtes quantiques : des semi-conducteurs nanométriques qui peuvent être utilisés comme biocapteurs pour trouver la maladie. Capables de fluorescence, ils peuvent être utilisées pour marquer les cellules malades.
  • Les nanoparticules magnétiques : utilisées comme nanocapteurs
  • Les réseaux de nanocapteurs : les grilles des nanotubes de carbone
  • Les conjugués anticorps-dendrimères : des nanomolécules ramifiées avec des anticorps à leurs extrémités pour le diagnostic du VIH et du cancer
  • Les nanotubes de carbone et les fils plus minces et plus plats appelés nanocourroies ou nanofils (souvent en or) utilisés comme nanocapteurs pour le diagnostic des maladies grâce à leur faculté de se coller aux biomarqueurs indiquant un cancer tel que l'ARN muté
  • Les nanoparticules comme améliorateurs de l'imagerie médicale : l'imagerie médicale repose sur la recherche de contrastes dans la façon dont la lumière est diffusée dans des tissus sains par rapport aux tissus malades. Plus ce contraste est net, plus le diagnostic est précis. Les nanoparticules sont capables de donner aux techniques d'imagerie médicale une meilleure résolution, rendant ainsi plus facile l'identification de la maladie.

Les systèmes de livraison de médicaments

Le choix du système est fonction de la façon dont il se lie avec le médicament et du type de traitement.

  • Les nanocapsules : des gousses qui encapsulent les médicaments, ce qui permet de s'assurer que les médicaments sont libérés plus lentement et progressivement dans le corps
  • Les liposomes : des vésicules artificielles constituées d'une bicouche lipidique de sorte qu'elles peuvent fusionner avec les membranes et y pénétrer facilement. Ils ont été utilisés pour traiter des maladies telles que le cancer, les infections fongiques, l'hépatite A et la grippe.
  • Les dendrimères : des nanomolécules synthétiques en forme d'arbre qui transportent le médicament aux extrémités des branches.
  • Les fullerènes ou 'buckyballs' : des nanoparticules sphériques pouvant transporter plus d'un médicament à la fois. Ils sont utiles dans le traitement de maladies comme le cancer et d'autres maladies où une monothérapie peut entraîner une résistance aux médicaments
  • Les nanobioaimants qui transportent des médicaments, contre le cancer par exemple, dans le corps et sont maintenus sur le site cible par un aimant externe. Le but ici est de concentrer le médicament sur site de la tumeur assez longtemps pour qu'il soit absorbé.
  • Les argiles d'attapulgite avec des pores de taille nanométrique qui sont idéales pour éliminer les bactéries nocives dans l'eau
  • Les nanotechnologies peuvent également fournir des alternatives aux vaccins injectables si le virus inactif est lié à des nanoparticules dans le but d'augmenter la réponse immunitaire.

Le contrôle de la santé

Les nanotubes et les nanoparticules peuvent être utilisés comme des capteurs de glucose, de dioxyde de carbone et de cholestérol et pour le contrôle in situ de l'homéostasie, le processus par lequel le corps maintient l'équilibre métabolique.


Dans les pays développés, le cancer est en tête de la liste des maladies ciblées pour le traitement nanomédical. (Voir le Tableau 2 sur le cancer). La prévalence du cancer est en augmentation rapide dans le monde en développement avec 70 pour cent de tous les décès dus au cancer, selon l'OMS. Dans les pays en développement, l'utilisation des nanotechnologies est également en cours d'exploration dans la lutte contre les maladies infectieuses comme le VIH et la tuberculose.

Tableau 2 : Les nanotechnologies pourraient-elles aider à traiter le cancer ?

Les progrès enregistrés dans les nanotechnologies ont été fortement axés sur le cancer, principalement sur le diagnostic et la livraison de médicaments.

Des médicaments transportés par des nanoparticules à revêtement polymère ont été utilisés pour traiter le cancer multi-résistant du sein et de l'ovaire avec des chimiothérapies par paclitaxel, qui inhibe la division cellulaire, et par lonidamine, qui supprime le métabolisme énergétique des cellules cancéreuses. Les nanoparticules sont conçues pour cibler un récepteur du facteur de croissance épidermique, qui est surexprimé dans les cellules tumorales. [9]

La détection précoce du cancer peut considérablement améliorer le taux de survie. L'utilisation de nanoparticules magnétiques dans un capteur miniature à résonance magnétique est si sensible que les scientifiques peuvent détecter même deux cellules cancéreuses dans un microlitre d'un échantillon biologique, améliorant ainsi de façon radicale la détection précoce. [10]

Les scientifiques de l'Université de Stanford, aux Etats-Unis, ont utilisé la nanotechnologie pour mettre au point une méthode hautement spécifique pour tuer les cellules cancéreuses. Ils ont, en effet, inséré des nanotubes de carbone dans des cellules cancéreuses et ont ensuite exposé le tissu à une lumière laser infrarouge proche, chauffant ainsi les nanotubes et entraînant la mort des cellules cancéreuses alors que les cellules saines sont restées intactes. [11]


Tableau 3 : La tuberculose et les nanotechnologies

La Centrale Scientific Instruments Organisation, en Inde, a conçu un kit de diagnostic de la tuberculose à base de nanotechnologies, dont les essais cliniques sont actuellement en cours. Il pourrait permettre de réduire à la fois le coût, le temps et la quantité de sang de l'échantillon nécessaires pour les tests de la tuberculose.

Les nanotechnologies sont aussi utilisées pour traiter plus efficacement la tuberculose. Le traitement actuel de cette maladie exige un régime posologique complexe étalé sur une période de plusieurs mois. Beaucoup de malades ne prennent pas les médicaments correctement ou ne réussissent pas à terminer le traitement. Des formules de médicamenteuses basées sur les nanotechnologies se dégradent plus lentement, permettant plus au principe actif d'être livré si bien que beaucoup moins de doses sont nécessaires.

Les médicaments sont encapsulés dans des polymères biodégradables tels que les liposomes et les microsphères, qui assurent une livraison durable des médicaments. Les nanoparticules de polylactide co-glycolide, un polymère souvent utilisé pour livrer des médicaments, puisqu'il se dégrade bien et ne provoque pas de réaction immunitaire, ont été testés avec succès comme vecteurs de médicaments contre la tuberculose par des groupes basés à l'Université Harvard, aux États-Unis, au Postgraduate Institute of Medical Education and Research (l'Institut supérieur d'études médicales et de recherches) en Inde, et auprès du Conseil de la recherche scientifique et industrielle, en Afrique du Sud (voir l'article de fond).

Les nanoparticules pourraient également servir de base pour la livraison d'un vaccin contre la tuberculose sous forme d'aérosol. Sans aiguille, et ne nécessitant donc pas de personnel formé pour l'administrer, ce vaccin est stable à température ambiante ─ ce qui est important dans les zones rurales qui manquent d'une chaîne du froid fiable.


Les vaccins

Les nanotechnologies pourraient annoncer une nouvelle ère en matière d'immunisation en fournissant des solutions de rechange aux vaccins injectables contre les maladies frappant les pauvres. Les vaccins injectables doivent être administrés par des professionnels des soins de la santé, qui peuvent être rares dans les pays en développement, en particulier dans les zones rurales. Ces vaccins doivent également être convenablement réfrigérés le long de la chaîne de livraison. Les scientifiques travaillent actuellement sur un vaccin contre en aérosol la tuberculose (voir Tableau 3). Ils font également des recherches sur un timbre transdermique à base de nanotechnologie contre le virus du Nil occidental et celui du Chikungunya. [12]

 

Les nanotechnologies peuvent fournir des alternatives aux vaccins injectables qui nécessitent l'intervention de professionnels des soins de santé.

WHO/TDR/Andy Crump

Les vaccins injectables peuvent être utiles si le virus inactif est lié à des nanoparticules pour accroître la réponse immunitaire. Cette méthode est utilisée pour mettre au point un vaccin contre la grippe pandémique. [13]

 

Les pays pionniers

Parmi les pays en développement, la Chine se place loin en tête dans la recherche en nanotechnologies, ayant déposé le plus grand nombre de brevets dans ce domaine. Elle a mis sur pied un programme national de nanotechnologies dans le début des années 1990, et un grand nombre de nouvelles entreprises de nanotechnologies y sont créées chaque année. [14]

L'Inde aussi investit activement dans le secteur des, avec plus de 30 institutions impliquées dans la recherche. Les pays du sud-est asiatique sont par ailleurs particulièrement actifs, avec la Malaisie, les Philippines, la Thaïlande et le Vietnam tous engagés dans la recherche sur les nanotechnologies.

Quant à l'Afrique, les secteurs public et privé sud-africains œuvrent sur la R&D en nanotechnologies. Le Brésil, qui est en tête de la recherche dans ce domaine en Amérique latine, a conclu un partenariat avec l'Afrique du Sud et l'Inde pour promouvoir la collaboration Sud-Sud par le biais de l'Initiative IBSA sur les nanotechnologies.

De nombreux autres pays en développement espèrent rattraper leur retard. Une étude réalisée en 2005 sur les activités de recherche en nanotechnologies dans le monde a répertorié les pays en fonction de la présence ou non d'activités ou de financements nationaux (indiquant une stratégie nationale claire ou un financement public actif), de la présence ou non d'au moins un individu ou un groupe de recherche engagé dans la recherche en nanotechnologies, de la présence ou non d'un gouvernement manifestant l'intérêt de s'engager dans les nanotechnologies (voir le tableau 4, adapté de [14]).

Les nanotechnologies sont une science coûteuse, mais les coûts de création d'un institut semblent varier considérablement d'un pays à l'autre. Ainsi, le Mexique et le Vietnam évaluent le coût de la création d'un institut de nanotechnologies à environ US$ 5 millions, alors que le Costa Rica affirme qu'il l'a fait avec moins de US$. 500 000 [14]

 

Les moins avancés de

En développement

En transition

Activité ou financement national 

 

Afrique du Sud, Argentine, Arménie, Brésil, Chili, Chine, Costa Rica, Égypte, Géorgie, Inde, Iran, Malaisie, Mexique, Philippines, Serbie et Monténégro, Thaïlande, Turquie, Uruguay, Vietnam

Belarus, Bulgarie, Chypre, Corée du Sud, Estonie, Hong Kong, Hongrie, Israël, Lettonie, Lituanie, Pologne, Roumanie, Fédération de Russie, Singapour, République slovaque, Slovénie, République tchèque, Ukraine

Recherche personnelle ou de groupe

Bangladesh

Botswana, Colombie, Croatie, Cuba, Indonésie, Jordanie, Kazakhstan, Moldavie, Ouzbékistan, Pakistan, Venezuela

Émirats Arabes Unis
Macao (Chine), Malte,

Intérêt du pays

Afghanistan, Sénégal, Tanzanie  

Albanie, Bosnie-Herzégovine, Equateur, Ghana, Kenya, Liban, Macédoine, Sri Lanka, Swaziland, Zimbabwe

Brunei Darussalam

Tableau 4: Classement dans le domaine des nanotechnologies

L'acceptation par le public

Le débat concernant ce qui est techniquement possible et ce qui est éthiquement approprié demeure vif. Dans les pays en développement, la nanomédecine suscite des questions d'éthique semblables à celles sur les aliments génétiquement modifiés. Quand les populations ont désespérément besoin d'aliments ou de médicaments, le moyen par lequel ces besoins sont satisfaits importe-t-il ? Et importe-t-il si les populations analphabètes ou sans éducation peuvent être suffisamment impliquées dans les débats sur les effets de ces nouvelles technologies sur la société ? [1]. La nature invisible des nanotechnologies fait qu'il est plus facile de 'cacher' les produits nanotechnologiques, et d'empiéter sur la vie privée ou de réaliser, à l'insu du malade, des procédés qui requérant habituellement son consentement. Cela peut être particulièrement pertinent en ce qui concerne les essais cliniques de nanomédicaments réalisés dans les pays en développement.

Les gouvernements des pays en développement doivent agir avec prudence. La capacité de garantir des essais cliniques éthiques est généralement faible dans le monde en développement et l'introduction de produits de santé fondés sur les nanotechnologies pourrait requérir une expertise qui fait défaut [2]. Comme avec d'autres technologies de la santé, il n'y a rien d'intrinsèquement bon ou mauvais en ce qui concerne les nanotechnologies. Tout dépendra de la manière dont elles sont utilisées.

Dans le domaine de la santé, les progrès en nanotechnologies sont associés avec d'autres technologies, dont les technologies de l'information et la biotechnologie, augmentant la capacité des nanotechnologies de 'bousculer' des mesures et des systèmes de santé où la réglementation a fonctionné pendant de nombreuses années. A titre d'exemple, certains outils moléculaires sont désormais contrôlés par ordinateur et peuvent ne pas nécessiter l'intervention directe d'un médecin. De même, des nanocapteurs qui évaluent et stockent les informations médicales concernant un individu pourraient soulever des questions concernant le stockage, l'accès et l'utilisation de ces données.

Même dans le monde développé, l'étude de questions juridiques, éthiques, environnementales et d'équité accuse un retard sur les progrès scientifiques dans les nanotechnologies pour la santé. Si les nanotechnologies dans le monde en développement ne sont pas aussi avancées que dans des pays comme le Royaume-Uni ou les États-Unis, le rattrapage par la Chine et l'Inde de leur retard n'est qu'une question de temps. Les pays en développement ne devraient donc pas attendre que cette technologie soit à leurs portes avant d'en explorer les conséquences éthiques et sociétales.

Cet article fait partie d'un dossier spécial sur les nanotechnologies pour la santé.

Références

[1] Court E. et al. Will Prince Charles et al diminish the opportunities of developing countries in nanotechnology? (2004) Accessed 23 October 2010.

[2]The Royal Society and Royal Academy of Engineering Nanoscience and Nanotechnologies: Opportunities and Uncertainties (2004)

[3] Salamanca-Buentello, F. et al. Nanotechnology and the Developing World. PLoS Medicine doi:10.1371/journal.pmed.0020097 (2005)

[4] Maclurcan, D.C. Nanotechnology and Developing Countries Part 1: What Possibilities? Online Journal of Nanotechnology doi:10.2240/azojono0103 (2005)

[5] Mathuria, J.P. Nanoparticles in tuberculosis diagnosis, treatment and prevention: a hope for the future. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures 4, 309-312 (2009)

[6] Tokumasu, F. et al. Band 3 modifications in Plasmodium falciparum-infected AA and CC erythrocytes assayed by autocorrelation analysis using quantum dots. Journal of Cell Science doi:10.1242/jcs.01662(2005)

[7] Mamo, T. et alEmerging Nanotechnology Approaches for HIV/AIDS Treatment and Prevention.  Nanomedicine 5, 269-285 (2010)

[8]Partha, R. et al. Self assembly of amphiphilic C60 fullerene derivatives into nanoscale supramolecular structures. Journal of Nanobiotechnology doi:10.1186/1477-3155-5-6 (2007)

[9] Milane, L.J. et al. Development of EGFR-Targeted Polymer Blend Nanocarriers for Paclitaxel/Lonidamine Delivery to Treat Multi-Drug Resistance in Human Breast and Ovarian Tumor Cells. Molecular Pharmacology doi: 10.1021/mp1002653 (2010) [Epub ahead of print]

[10] Lee, H., et al. Rapid detection and profiling of cancer cells in fine-needle aspirates. Proceedings of the National Academy of Sciences doi:106(30):12459-64 (2009)

[11] Kam, N.W., et al. Carbon nanotubes as multifunctional biological transporters and near-infrared agents for selective cancer cell destruction. Proceedings of the National Academy of Sciences doi: 102(33):11600-5 (2009)

[12] Prow, T.W. et al. Nanopatch-Targeted Skin Vaccination against West Nile Virus and Chikungunya Virus in Mice. Small 6, 1776-84 (2010)

[13] Huang, M.H. Emulsified nanoparticles containing inactivated influenza virus and CpG oligodeoxynucleotides critically influences the host immune responses in mice. PLoS One doi:10.1371/journal.pone.0012279 (2010)

[14] Maclurcan, D.C. Nanotechnology and Developing Countries Part 1: What Realities? Online Journal of Nanotechnology doi:10.2240/azojono0104 (2005)

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