Rapprocher la science et le développement

  • Nanotechnologies pour la santé : Faits et chiffres

Les pays en dveloppement peuvent-ils utiliser les nanotechnologies pour amliorer la sant ? Priya Shetty examine le potentiel de la nanomdecine.

Les nanotechnologies -- la science de l'infiniment petit possdent un norme potentiel pour les soins de sant, sur de multiples plans: de la livraison des mdicaments de manire plus efficace, au diagnostic des maladies de faon plus rapide et plus facile, la livraison des vaccins prsents sous forme d'arosol ou de bande adhsive.

La nanotechnologie est la science des matriaux l'chelle molculaire ou subatomique. Elle implique la manipulation de particules infrieures 100 nanomtres (un nanomtre quivaut un milliardime du mtre) et cette technologie consiste dvelopper des matriaux ou dispositifs de cette taille - invisibles l'il humain et souvent plusieurs centaines de fois plus fins que la largeur d'un cheveu humain. La physique et la chimie de ces matriaux sont radicalement diffrentes lorsqu'ils sont rduits l'chelle nanomtrique; ils ont des qualits, une conductivit et une ractivit diffrentes, et l'exploitation de cette situation pourrait rvolutionner la mdecine.

Ainsi, un dfi majeur relever par la mdecine moderne est la non-absorption par le corps de toute la dose de mdicament administre un malade. Grce aux nanotechnologies, les scientifiques peuvent s'assurer que les mdicaments sont ports des endroits prcis dans le corps avec une plus grande prcision, et ces mdicaments peuvent tre formuls de telle sorte que le principe actif pntre mieux dans les membranes cellulaires, rduisant ainsi la dose requise (voir tableau 1).

Les pays riches investissent aujourd'hui massivement dans les nanotechnologies pour la sant. La premire gnration de mdicaments contre le cancer livrs par l'intermdiaire des nanoparticules, par exemple, a dj t approuve par la US Food and Drug Administration (FDA).

Toutefois, les nanotechnologies dans le domaine des soins de sant sont encore leur dbut et le dbat quant leur utilit 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 cause d'un manque d'accs aux soins de sant les plus lmentaires, les investissements dans des technologies d'avant-garde sont un ridicule gaspillage d'argent. [1]

Et les experts sont inquiets l'ide que la toxicit des nanoparticules pour la sant humaine et l'environnement n'ait pas encore t suffisamment tudie. Ainsi, un rapport publi en 2004 par la Royal Society et la Royal Academy of Engineering du Royaume-Uni, a recommand que les nanoparticules et les nanotubes - des molcules de carbone cylindriques qui sont de meilleurs conducteurs que les molcules de carbone normales - soient traits comme des dchets dangereux. [2]

De nombreuses conomies mergentes comme le Brsil, la Chine, l'Inde, l'Iran, la Malaisie, le Mexique, Singapour et l'Afrique du Sud nourrissent d'ambitieux projets de recherche et dveloppement (RD) en nanotechnologies. Leurs gouvernements ont pour tcher d'quilibrer les besoins de sant court terme avec des investissements technologiques long terme.

Pourtant, alors que les pays pauvres ont pour responsabilit permanente de renforcer les systmes de soins de sant et d'largir l'accs aux mdicaments, les nanotechnologies pourraient, long terme, sauver des vies en rendant le diagnostic et le traitement beaucoup plus efficaces.

Un groupe de scientifiques a dress la carte du recours aux nanotechnologies et des besoins de sant dans le monde.Ils soutiennent que la nanomdecine est pertinente pour le monde en dveloppement. Ils ont interrog des chercheurs du monde entier et sont parvenus la conclusion que les nanotechnologies pourraient normment contribuer l'atteinte des Objectifs du Millnaire pour le Dveloppement en matire de sant, portant sur la rduction de la mortalit infantile et maternelle et sur la lutte contre le VIH/sida, le paludisme et d'autres maladies. [3]

Diagnostic et dpistage

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

Une technique possible: l'utilisation de botes quantiques -- des semi-conducteurs de taille nanomtrique qui peuvent tre utiliss comme des biocapteurs pour retrouver la maladie et qui peuvent tre rendus fluorescents. Parfois connus sous le nom nanocristaux, les botes quantiques ont des avantages considrables par rapport aux colorants organiques traditionnels tant donn que leur luminescence peut tre rgle sur une large gamme de frquences, et ils se dgradent beaucoup plus lentement dans le corps. Les botes quantiques fluorescentes peuvent tre associes des anticorps qui ciblent les cellules cancreuses ou les cellules infectes par la tuberculose (TB) ou le VIH (voir Tableau 3 sur les nanotechnologies et la tuberculose). [4, 5]

Les botes quantiques fluorescentes s'utilisent aussi pour diagnostiquer le paludisme en ciblant la protine qui forme un maillage dans la membrane interne des cellules sanguines. La forme de ce rseau de protines change lorsque les cellules sont infectes par le paludisme. Ainsi, les scientifiques sont en mesure de reconnatre l'infection palustre partir de la forme produite par les botes. [6]

De mme, les nanotubes de carbone, et d'autres nanoparticules telles que les nanofils, ont t utiliss comme des biocapteurs pour dtecter des maladies comme le VIH et le cancer. Les biocapteurs du cancer peuvent tre fabriqus, par exemple, en fixant des sondes l'acide nuclique aux extrmits des nanofils. Ces sondes sont spcifiquement conues pour se coller aux biomarqueurs qui indiquent le cancer tel que l'ARN mut. Lorsque l'ARN mut dans un chantillon interagit avec les sondes, des courants lectriques sont provoqus le long du nanofil, qui est dtect par la puce de silicium dans laquelle est incorpor le biocapteur. [7]

La livraison des mdicaments

Les nanotechnologies pourraient galement rvolutionner la livraison des mdicaments en surmontant les difficults lies la manire la diffusion des mdicaments dans le corps et l'amlioration de la biodisponibilit la quantit de principes actifs contenue dans une dose.

Certains mdicaments peuvent dsormais tre livrs par le canal de 'nanovhicules'. Par exemple, les liposomes, qui peuvent livrer la charge mdicamenteuse en fusionnant avec les membranes cellulaires, ont t utiliss pour encapsuler des mdicaments contre le VIH tels que la stavudine et la zidovudine dans des vhicules allant de 120 200 nanomtres de taille. [7] Ces deux mdicaments ayant des demi-vies courtes, le revtement des liposomes pourrait les rendre actifs pendant plus longtemps.

Parmi les autres systmes de livraison de nanomdicaments figurent l'utilisation de cages dites 'buckyball', [8] et des nanomolcules ramifies appeles dendrimres (voir Tableau 1).

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

On trouve dans les nanotechnologies plusieurs dveloppements pouvant contribuer amliorer la sant dans les pays en dveloppement.

Diagnostic et dpistage des maladies

Les systmes de livraison de mdicaments

Le choix du systme est fonction de la faon dont il se lie avec le mdicament et du type de traitement.

Le contrle de la sant

Les nanotubes et les nanoparticules peuvent tre utiliss comme des capteurs de glucose, de dioxyde de carbone et de cholestrol et pour le contrle in situ de l'homostasie, le processus par lequel le corps maintient l'quilibre mtabolique.

Dans les pays dvelopps, le cancer est en tte de la liste des maladies cibles pour le traitement nanomdical. (Voir le Tableau 2 sur le cancer). La prvalence du cancer est en augmentation rapide dans le monde en dveloppement avec 70 pour cent de tous les dcs dus au cancer, selon l'OMS. Dans les pays en dveloppement, l'utilisation des nanotechnologies est galement en cours d'exploration dans la lutte contre les maladies infectieuses comme le VIH et la tuberculose.

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

Les progrs enregistrs dans les nanotechnologies ont t fortement axs sur le cancer, principalement sur le diagnostic et la livraison de mdicaments.

Des mdicaments transports par des nanoparticules revtement polymre ont t utiliss pour traiter le cancer multi-rsistant du sein et de l'ovaire avec des chimiothrapies par paclitaxel, qui inhibe la division cellulaire, et par lonidamine, qui supprime le mtabolisme nergtique des cellules cancreuses. Les nanoparticules sont conues pour cibler un rcepteur du facteur de croissance pidermique, qui est surexprim dans les cellules tumorales. [9]

La dtection prcoce du cancer peut considrablement amliorer le taux de survie. L'utilisation de nanoparticules magntiques dans un capteur miniature rsonance magntique est si sensible que les scientifiques peuvent dtecter mme deux cellules cancreuses dans un microlitre d'un chantillon biologique, amliorant ainsi de faon radicale la dtection prcoce. [10]

Les scientifiques de l'Universit de Stanford, aux Etats-Unis, ont utilis la nanotechnologie pour mettre au point une mthode hautement spcifique pour tuer les cellules cancreuses. Ils ont, en effet, insr des nanotubes de carbone dans des cellules cancreuses et ont ensuiteexpos le tissu une lumire laser infrarouge proche, chauffant ainsi les nanotubes et entranant la mort des cellules cancreuses alors que les cellules saines sont restes intactes. [11]

Tableau 3 : La tuberculose et les nanotechnologies

La Centrale Scientific Instruments Organisation, en Inde, a conu un kit de diagnostic de la tuberculose base de nanotechnologies, dont les essais cliniques sont actuellement en cours. Il pourrait permettre de rduire la fois le cot, le temps et la quantit de sang de l'chantillon ncessaires pour les tests de la tuberculose.

Les nanotechnologies sont aussi utilises pour traiter plus efficacement la tuberculose. Le traitement actuel de cette maladie exige un rgime posologique complexe tal sur une priode de plusieurs mois. Beaucoup de malades ne prennent pas les mdicaments correctement ou ne russissent pas terminer le traitement. Des formules de mdicamenteuses bases sur les nanotechnologies se dgradent plus lentement, permettant plus au principe actif d'tre livr si bien que beaucoup moins de doses sont ncessaires.

Les mdicaments sont encapsuls dans des polymres biodgradables tels que les liposomes et les microsphres, qui assurent une livraison durable des mdicaments. Les nanoparticules de polylactide co-glycolide, un polymre souvent utilis pour livrer des mdicaments, puisqu'il se dgrade bien et ne provoque pas de raction immunitaire, ont t tests avec succs comme vecteurs de mdicaments contre la tuberculose par des groupes bass l'Universit Harvard, aux tats-Unis, au Postgraduate Institute of Medical Education and Research (l'Institut suprieur d'tudes mdicales et de recherches) en Inde, et auprs du Conseil de la recherche scientifique et industrielle, en Afrique du Sud (voir l'article de fond).

Les nanoparticules pourraient galement servir de base pour la livraison d'un vaccin contre la tuberculose sous forme d'arosol. Sans aiguille, et ne ncessitant donc pas de personnel form pour l'administrer, ce vaccin est stable temprature ambiante ce qui est important dans les zones rurales qui manquent d'une chane du froid fiable.

Les vaccins

Les nanotechnologies pourraient annoncer une nouvelle re en matire d'immunisation en fournissant des solutions de rechange aux vaccins injectables contre les maladies frappant les pauvres. Les vaccins injectables doivent tre administrs par des professionnels des soins de la sant, qui peuvent tre rares dans les pays en dveloppement, en particulier dans les zones rurales. Ces vaccins doivent galement tre convenablement rfrigrs le long de la chane de livraison. Les scientifiques travaillent actuellement sur un vaccin contre en arosol la tuberculose (voir Tableau 3). Ils font galement des recherches sur un timbre transdermique base de nanotechnologie contre le virus du Nil occidental et celui du Chikungunya. [12]

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

Les vaccins injectables peuvent tre utiles si le virus inactif est li des nanoparticules pour accrotre la rponse immunitaire. Cette mthode est utilise pour mettre au point un vaccin contre la grippe pandmique. [13]

Les pays pionniers

Parmi les pays en dveloppement, la Chine se place loin en tte dans la recherche en nanotechnologies, ayant dpos le plus grand nombre de brevets dans ce domaine. Elle a mis sur pied un programme national de nanotechnologies dans le dbut des annes 1990, et un grand nombre de nouvelles entreprises de nanotechnologies y sont cres chaque anne. [14]

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

Quant l'Afrique, les secteurs public et priv sud-africains uvrent sur la RD en nanotechnologies. Le Brsil, qui est en tte de la recherche dans ce domaine en Amrique 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 dveloppement esprent rattraper leur retard. Une tude ralise en 2005 sur les activits de recherche en nanotechnologies dans le monde a rpertori les pays en fonction de la prsence ou non d'activits ou de financements nationaux (indiquant une stratgie nationale claire ou un financement public actif), de la prsence ou non d'au moins un individu ou un groupe de recherche engag dans la recherche en nanotechnologies, de la prsence ou non d'un gouvernement manifestant l'intrt de s'engager dans les nanotechnologies (voir le tableau 4, adapt de [14]).

Les nanotechnologies sont une science coteuse, mais les cots de cration d'un institut semblent varier considrablement d'un pays l'autre. Ainsi, le Mexique et le Vietnam valuent le cot de la cration d'un institut de nanotechnologies environ US$ 5 millions, alors que le Costa Rica affirme qu'il l'a fait avec moins de US$. 500 000 [14]

Les moins avancs de

En dveloppement

En transition

Activit ou financement national

Afrique du Sud, Argentine, Armnie, Brsil, Chili, Chine, Costa Rica, gypte, Gorgie, Inde, Iran, Malaisie, Mexique, Philippines, Serbie et Montngro, Thalande, Turquie, Uruguay, Vietnam

Belarus, Bulgarie, Chypre, Core du Sud, Estonie, Hong Kong, Hongrie, Isral, Lettonie, Lituanie, Pologne, Roumanie, Fdration de Russie, Singapour, Rpublique slovaque, Slovnie, Rpublique tchque, Ukraine

Recherche personnelle ou de groupe

Bangladesh

Botswana, Colombie, Croatie, Cuba, Indonsie, Jordanie, Kazakhstan, Moldavie, Ouzbkistan, Pakistan, Venezuela

mirats Arabes Unis
Macao (Chine), Malte,

Intrt du pays

Afghanistan, Sngal, Tanzanie

Albanie, Bosnie-Herzgovine, Equateur, Ghana, Kenya, Liban, Macdoine, Sri Lanka, Swaziland, Zimbabwe

Brunei Darussalam

Tableau 4: Classement dans le domaine des nanotechnologies

L'acceptation par le public

Le dbat concernant ce qui est techniquement possible et ce qui est thiquement appropri demeure vif. Dans les pays en dveloppement, la nanomdecine suscite des questions d'thique semblables celles sur les aliments gntiquement modifis. Quand les populations ont dsesprment besoin d'aliments ou de mdicaments, le moyen par lequel ces besoins sont satisfaits importe-t-il? Et importe-t-il si les populations analphabtes ou sans ducation peuvent tre suffisamment impliques dans les dbats sur les effets de ces nouvelles technologies sur la socit ? [1]. La nature invisible des nanotechnologies fait qu'il est plus facile de 'cacher' les produits nanotechnologiques, et d'empiter sur la vie prive ou de raliser, l'insu du malade, des procds qui requrant habituellement son consentement. Cela peut tre particulirement pertinent en ce qui concerne les essais cliniques de nanomdicaments raliss dans les pays en dveloppement.

Les gouvernements des pays en dveloppement doivent agir avec prudence. La capacit de garantir des essais cliniques thiques est gnralement faible dans le monde en dveloppement et l'introduction de produits de sant fonds sur les nanotechnologies pourrait requrir une expertise qui fait dfaut [2]. Comme avec d'autres technologies de la sant, il n'y a rien d'intrinsquement bon ou mauvais en ce qui concerne les nanotechnologies. Tout dpendra de la manire dont elles sont utilises.

Dans le domaine de la sant, les progrs en nanotechnologies sont associs avec d'autres technologies, dont les technologies de l'information et la biotechnologie, augmentant la capacit des nanotechnologies de 'bousculer' des mesures et des systmes de sant o la rglementation a fonctionn pendant de nombreuses annes. A titre d'exemple, certains outils molculaires sont dsormais contrls par ordinateur et peuvent ne pas ncessiter l'intervention directe d'un mdecin. De mme, des nanocapteurs qui valuent et stockent les informations mdicales concernant un individu pourraient soulever des questions concernant le stockage, l'accs et l'utilisation de ces donnes.

Mme dans le monde dvelopp, l'tude de questions juridiques, thiques, environnementales et d'quit accuse un retard sur les progrs scientifiques dans les nanotechnologies pour la sant. Si les nanotechnologies dans le monde en dveloppement ne sont pas aussi avances que dans des pays comme le Royaume-Uni ou les tats-Unis, le rattrapage par la Chine et l'Inde de leur retard n'est qu'une question de temps. Les pays en dveloppement ne devraient donc pas attendre que cette technologie soit leurs portes avant d'en explorer les consquences thiques et socitales.

Cet article fait partie d'un dossier spcial sur les nanotechnologies pour la sant.

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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