Nanomédecine: les nanoparticules en médecine

Nanomédecine: les nanoparticules en médecine

Qu'est-ce que la nanomédecine? Nanos signifie nain en grec. Alors la médecine naine? Il s'agit d'une technique qui traite les plus petites structures du corps et utilise les plus petits matériaux pour traiter les maladies.

Définition

Il s'agit de structures 10 000 fois plus petites que la moyenne d'un cheveu humain, un nanomètre est un millionième de millimètre. Divers nanoproduits produits artificiellement existent déjà aujourd'hui - il existe, par exemple, des nanoparticules de dioxyde de titane dans les écrans solaires, des nanoparticules d'argent dans les vêtements et dans les emballages alimentaires.

La Commission européenne définit: "Le nanomatériau est un matériau naturel, généré par un procédé ou fabriqué qui contient des particules à l'état non lié, sous forme d'agrégat ou d'agglomérat et dans lequel au moins 50 pour cent des particules ont une ou plusieurs dimensions externes dans la distribution de taille numérique de l'ordre de 1 Avoir des nanomètres à 100 nanomètres. (…) Les fullerènes, les flocons de graphène et les nanotubes de carbone à paroi unique avec une ou plusieurs dimensions externes inférieures à 1 nanomètre doivent être considérés comme des nanomatériaux. »

Premièrement, la nanotechnologie devrait produire des choses de plus en plus petites et donc plus précises. Deuxièmement, il donne accès aux atomes et aux molécules et peut ainsi créer de nouveaux matériaux et des systèmes de matériaux entiers.

Il existe des nanoparticules naturelles telles que des particules de suie, des protéines dans le sang ou des particules de graisse dans le lait. Les chercheurs créent des nanoparticules synthétiques exprès ou comme effet secondaire, par exemple lorsque le diesel brûle.

Quelle est la particularité du nano?

Les nanostructures développent des fonctions spéciales au niveau des atomes et des molécules, à la fois dans la matière animée et inanimée. Les dernières décennies ont été façonnées par la recherche sur ce sujet: la première chose était de capturer des nanosystèmes.

Aujourd'hui, les scientifiques appliquent ces connaissances aux systèmes vivants - c'est la base de la médecine Naon. Comme toute nouvelle technique qui interfère avec le corps, elle comporte également des risques: par exemple, les nanocapsules sont censées utiliser des médicaments dans le corps exactement là où se trouvent les maladies, ce qui promet d'énormes progrès en médecine du cancer, par exemple. Cependant, ces nanoparticules pourraient pénétrer les parois cellulaires, s'accumuler dans le corps ou enflammer les voies respiratoires.

Nanomatériaux courants

Nanosilver: L'argent tue les germes, et la science l'utilise dans les nanoparticules, par exemple comme couche de surface sur les poignées de porte, dans les pansements ou dans les textiles - le nanosilver aide à lutter contre l'odeur de la sueur.

Les particules de suie peuvent être produites artificiellement pour servir de pigment noir dans les couleurs, mais aussi comme additif antistatique dans les plastiques.

Les nanotubes de carbone sont construits à partir de carbone, sont des plastiques très stables et donc sûrs. Aujourd'hui, vous pouvez les trouver dans des vélos de première classe.

Le dioxyde de titane affine les surfaces pour repousser la saleté. Il favorise la décomposition des matières organiques par la lumière du soleil et maintient la couleur des façades de bâtiments propre, par exemple.

Les nanoparticules en oxyde de zinc absorbent le rayonnement UV du soleil et se retrouvent donc dans les écrans solaires. L'industrie l'utilise également dans les écrans à cristaux liquides ou les LED. Les revêtements d'oxyde de zinc favorisent également l'effet des cellules solaires.

Nanomédecine

Le visionnaire américain Robert Freitas voit la nanomédecine comme un âge d'or: les nanorobots sont censés réparer les dommages génétiques dans un avenir proche, les globules rouges produits artificiellement préviennent les crises cardiaques - les nanomachines tuent alors les virus, réparent les cellules ou rechargent le sang en oxygène.

La médecine promet beaucoup de la nanotechnologie. Plus de 100 médicaments contiennent déjà des nanoparticules, ainsi que des méthodes et des dispositifs de diagnostic qui fonctionnent avec des nanoparticules. Les médicaments concernent moins de nouveaux principes actifs qu'une nouvelle efficacité: les nanocapsules, qui ne libèrent que les substances présentes dans l'environnement de certaines molécules, sont censées transporter les principes actifs directement vers leur destination.

De nombreux médecins s'attendent à une étape importante de la médecine pour le traitement des maladies neurologiques liées au sang et au cerveau. Parce que les nanoparticules peuvent franchir cette «barrière hémato-encéphalique». Cela ouvre de nouvelles perspectives, par exemple pour la maladie d'Alzheimer et de Parkinson, et peut-être aussi pour la sclérose en plaques.

Les appareils, les sols, les murs et les meubles dans les cliniques avec des nanos pourraient favoriser la stérilité. Les bactéries résistantes peuvent probablement être mieux contrôlées de cette façon. Les pansements contiennent déjà du nano-argent, par exemple en cas d'incendie.

La nanotechnologie devrait également améliorer le diagnostic: les nanoparticules sont préparées de manière à adhérer aux organes ou aux cellules. Par exemple, le tissu tumoral peut être identifié avec des particules de nano-oxyde de fer.

Cela conduit à des nanothérapies probables dans un avenir proche: en médecine du cancer, les nanotechnologies seront bientôt utilisées pour identifier et combattre les tumeurs. Aujourd'hui, les médecins expérimentent déjà un traitement du cancer dans lequel des particules magnétiques de nano-oxyde de fer chauffent électromagnétiquement la tumeur et détruisent ainsi les cellules cancéreuses.

Par exemple, les nanocapsules pourraient contenir des cellules pancréatiques, libérer de l'insuline dans le sang et ainsi traiter le diabète.

Il existe déjà un dentifrice, Theramed S.O.S. Sensible à base de nanoparticules. Elle construit une couche de matériau dentaire artificiel avec des nanoparticules; donc les dents devraient ressentir moins de douleur.

L'hydroxyapatite est similaire aux minéraux dans les os et les implants dentaires se développent mieux de moitié, le nanomatériau raccourcit le processus jusqu'à deux semaines, contrairement aux 2-4 mois conventionnels.

Le silicium nanoporeux ou le dioxyde de titane est caractérisé par des structures de trous. Ceux-ci stimulent la croissance osseuse sur les implants, arrêtent l'inflammation en libérant des substances actives comme une éponge.

La nanotechnologie deviendra sans aucun doute particulièrement importante pour d'autres implantations, car les surfaces en nanoparticules peuvent être mieux reliées aux organes biologiques et aux dispositifs artificiels qu'avec les méthodes conventionnelles. Qu'il s'agisse de stimulateurs cardiaques ou d'endoprothèses telles que les articulations artificielles du genou, de la hanche ou de l'épaule: les nano-couches sont susceptibles de réduire la défense de l'organisme contre les corps étrangers.

L'hydroxyapatite peut déjà être injectée sous forme de pâte pour construire les os. Un tel nanomatériau est bien toléré car il ressemble aux composants minéraux de l'os. L'étape suivante consiste à être des hydrooxyapatites, qui sont combinées avec des nanotubes de carbone dans une matrice composite et servent de ciment osseux.

Les victimes d'accidents pourraient bientôt bénéficier d'un tissu de remplacement sous forme de composites verre-collagène au format nanométrique qui soutiennent la peau artificielle et les os artificiels. De plus, les implants dotés de la nanotechnologie seraient plus stables que les implants conventionnels.

Déjà en 1998, la société Abraxis BioScience LLC aux Etats-Unis a réalisé des tests cliniques avec la nanomédecine contre le cancer. L'agent Abaxane a finalement été approuvé. Il se compose de paclitaxel insoluble et d'albumine, cette albumine se lie à la protéine SPARC, qui est affectée par le cancer du pancréas - contrairement à d'autres médicaments.

Tekmira Pharmaceuticals du Canada a développé des nanos pour les liopsomes, dont on pense qu'ils agissent contre l'hypercholestérolémie dans le foie. Cependant, l'un des patients testés a présenté des symptômes similaires à ceux de la grippe et l'expérience a été arrêtée.

Le français Bioalliance Pharma a utilisé des nanoparticules contre le cancer du foie avec le médicament dexorubicine. Cependant, trois sujets sont décédés de problèmes pulmonaires.

La nanothérapie des tumeurs cérébrales - l'hyperthermie - est approuvée dans l'UE. Des particules d'oxyde de fer sont injectées dans le cerveau et y sont excitées par des ondes magnétiques. Ils chauffent la tumeur et la tuent ainsi. L'imagerie par particules magnétiques (MPI) peut également être utilisée pour filmer le cœur et les vaisseaux sanguins.

Michael Bamberg de la Société allemande du cancer a déclaré: «L'hyperthermie deviendra le quatrième pilier de la thérapie anticancéreuse - aux côtés de la chirurgie, de la radiothérapie et de la chimiothérapie. Son idée est basée sur des succès de guérison éprouvés pour le cancer du sein, le cancer de la peau, les tumeurs, le cancer intestinal et utérin.

Des tests rapides avec des nanocapteurs pour détecter le cancer, des tests de nanohormones, des nanobots pour réparer les cellules et des nanoparticules pour soigner les lésions de la moelle épinière des personnes paralysées sont prévus. Certains chercheurs pensent qu'ils peuvent donner aux paraplégiques une vie normale. Mais c'est encore de la recherche fondamentale.

Imagerie de particules magnétiques

Une nouvelle technique d'imagerie, l'imagerie par particules magnétiques, a été lancée en 2005 par les chercheurs de Philips Healthcare. Ils ont présenté des films tridimensionnels de cœurs, de vaisseaux et de tumeurs, et aucune autre méthode ne pouvait le faire.

Cette technique permettrait de détecter les problèmes cardiaques beaucoup plus rapidement qu'auparavant. Le médecin n'aurait qu'à filmer le cœur et ses environs de l'extérieur et pourrait immédiatement identifier des dommages à la paroi cardiaque ou une faiblesse du muscle cardiaque. Tout ce qu'il a à faire est d'injecter des nanoparticules magnétiques dans le patient. Un diagnostic cardiaque conventionnel, par contre, prend parfois des mois.

Organes artificiels

La nanotechnologie vous fait penser à ce qui était jusqu'à récemment de la science-fiction, à savoir créer artificiellement des organes et même des organismes. Les chercheurs interdisciplinaires veulent combiner la nanotechnologie avec la biotechnologie, la science de l'information et la science cognitive et ainsi créer une intelligence artificielle ou augmenter les capacités humaines au-delà des frontières naturelles.

Ce n'est pas une idée fixe, mais déjà une réalité. C'est ainsi que la peau et le cartilage peuvent désormais être produits artificiellement. Avec des organes plus grands, les nanosciences n'ont jusqu'à présent pas réussi à fournir de l'oxygène et des cellules nutritives. Cela ne fonctionne pas encore, donc les cellules meurent.

Cependant, le Massachusetts Institute of Technology de Cambridge, aux États-Unis, développe une méthode pour résoudre précisément ce problème. Un ordinateur conçoit un modèle de réseau cellulaire et le grave sur une surface de silicium. Ce motif est ensuite transféré sur du matériel biologique, deux couches sont placées l'une sur l'autre et scellées. Les cellules peuvent adhérer à cette structure. Les cellules elles-mêmes sont cultivées dans des boîtes de Pétri. Les cellules hépatiques et rénales sont restées intactes pendant deux semaines.

Les chercheurs ont planté un «nano-foie» avec une couche de cellules chez le rat. Un foie a besoin d'environ 30 à 50 couches de ce type pour fonctionner. Le nano tissu a survécu pendant une semaine.

Nanotechnologie et science-fiction

Greg Bear a établi la nanotechnologie dans la science-fiction comme thème central en 1985 avec "Blood Music". Un chercheur cultive des molécules et leur enseigne une forme d'intelligence. Il injecte lui-même l'une de ces cultures.

Les nanobots se multiplient désormais et agissent de manière autonome dans le corps: son acuité visuelle augmente, il ne souffre plus de rhume. Les nanos évoluent constamment et créent un environnement idéal: des serviteurs aux dirigeants en passant par leurs corps hôtes. Ils reprogramment et contrôlent le chercheur.

Cela présente des avantages pour son inventeur: la survie des nanos dépend de la santé du corps hôte, et donc ils améliorent constamment ses capacités.

Mais ils ne changent pas d'hôte comme ce serait mieux pour lui, mais plutôt comment les nanorganismes eux-mêmes ont des conditions de vie idéales. Maintenant, le progrès scientifique devient une horreur.

Dans «Le Seigneur de toutes choses», Andreas Eschbach a inventé des nanorobots autosuffisants qui tuent les cellules cancéreuses. «Des nanocellules de la taille d'un virus qui reconnaissent les cellules cancéreuses par leurs signatures. À des fins de contrôle, ils sont connectés au médecin par radio afin qu'ils ne puissent pas effectuer des actions incorrectes; la connexion sans fil va directement au cerveau du médecin, qui est traversé par des câbles nano-épais pour guider les cellules de guérison. Ils fonctionnent comme suit: Les machines ne dissolvent pas simplement les cellules cancéreuses; ce serait trop dangereux car cela inonderait votre corps de plus de déchets qu'il ne peut en drainer. Au lieu de cela, ils pénètrent dans la cellule et déclenchent l'apoptose, le mécanisme d'autodestruction contrôlée de la cellule. La plupart des restes sont consommés par vos leucocytes. Tout ce qui reste est transporté par les sous-marins eux-mêmes, déposé dans votre vessie ou votre intestin. "

La nanotechnologie joue un rôle dans de nombreux romans: comme intrigue centrale, comme événement parallèle ou comme toile de fond.

Bruce Sterling, inventeur de la littérature cyperpunk, se concentre sur la nanotechnologie dans sa vision du futur depuis la fin des années 1990. Il se considère comme un futuriste et a déclaré qu'avec la percée d'Internet, il s'était passé beaucoup de choses sur lesquelles il avait écrit dans la fiction - c'est pourquoi il avait maintenant affaire à une technologie qui ne faisait que commencer.

En 2002, Michael Crichton, l'auteur de Jurassic Park, a publié "Prey". Des chercheurs du Nevada développent des nanocaméras pour l'armée. Mais ils deviennent indépendants et tuent tout ce qu'ils rencontrent. Ils multiplient et manipulent les pensées et la motricité de leurs inventeurs. Les nanos se transforment en un super organisme qui copie la forme des personnes.

Les nanos se comportent alors comme des humains, ils détruisent la planète pour obtenir des matières premières pour leur multiplication. La science-fiction, qui réfléchit davantage à ce qui serait techniquement possible et conçoit un scénario réaliste et fictif, n'était pas «Prey», mais une histoire à l'ancienne sur «les fantômes que j'ai appelés» par l'homme faustien qui n'a plus ses monstres techniques sous contrôle.

En revanche, Angelika Fehrenbach a écrit «The Lotus Effect», un thriller qui reste proche de la réalité. Un scientifique de l'hôpital universitaire de Marburg remarque qu'une nanotechnologie nouvellement étudiée est risquée lorsque les rats de laboratoire meurent en rangées. Elle se rend compte que les responsables cachent quelque chose, fait des recherches et se bat bientôt pour sa vie.

Jeff Carlsson a publié «Plague Year» en 2007, l'ouvrage est apparu en allemand un an plus tard sous le nom de «Nano». Les nanoparticules fournissent l'arrière-plan d'un article classique de la fin des temps. L'intrigue est traditionnelle: l'intelligence artificielle devient indépendante et tue ses inventeurs.

Ces créatures de Frankenstein sont ici des nano robots. Ils se multiplient et tuent tous les animaux à sang chaud. Les gens fuient vers les hautes montagnes parce que les nanos n'y travaillent pas. Les survivants de l'hiver alpin luttent quant à eux contre le froid et la faim. Ils essaient de rejoindre un groupe sur un autre sommet qui a plus de nourriture et d'hébergement.

Carlson connaît bien les nanotechnologies; cependant, cela ne fournit que le cadre de la question: comment les gens se comportent-ils dans des situations extrêmes?

Les nanobots auto-agissants sont une idée préférée de la science-fiction. Ceux-ci parcourent le corps et éliminent tous les poisons, tous les ténias, ils corrigent les malformations des cellules, guérissent les blessures internes, ils régénèrent les cellules et arrêtent ainsi le vieillissement - et cela tous les jours pendant 24 heures.

S'il y avait de telles nanomachines, nous pourrions même vivre en mauvaise santé car elles élimineraient immédiatement tout dommage.

Risques de la nanomédecine

Des études américaines de 2002 ont montré des économies potentielles dans le cancer de l'ovaire à partir des nanomatériaux, principalement parce que les personnes traitées avaient moins d'effets secondaires des nanoparticules. Cependant, les effets secondaires indésirables constituaient un problème majeur, 100 000 personnes en mourant en un an aux États-Unis.

Peu de recherches ont été menées sur les risques de la nanotechnologie et on ne sait pas quelles entreprises utilisent quelles nanosubstances. Un problème est susceptible de concerner les nanoparticules qui sont rejetées dans l'environnement; ils sont plus petits que la poussière fine et restent longtemps dans l'air.

Les experts demandent donc un registre d'enregistrement central, dans lequel les nanosubstances sont signalées, et des enquêtes sur chaque substance individuelle.

Les nanoparticules dans les systèmes de filtration ne présentent probablement aucun risque pour la santé en fonctionnement car elles sont hermétiquement scellées dans des plastiques. Cependant, l'élimination deviendra problématique à l'avenir, car il existe un risque d'effort similaire à celui de l'amiante.

Tous les produits avec lesquels des nanoparticules sont rejetées dans l'environnement doivent être évités. Par exemple, les particules de nano-argent dans certaines chaussettes se dissolvent la première fois qu'elles sont lavées, pénètrent dans les eaux usées et endommagent vraisemblablement les bactéries dans les stations d'épuration.

Jusqu'à présent, personne ne sait vraiment comment classer les risques des nanomatériaux: s'agit-il de la taille ou les propriétés des substances sont-elles importantes? S'agit-il de la quantité de substances dans l'environnement comme pour d'autres valeurs seuils, ou le nombre et la structure des particules sont-ils également déterminants pour le danger?

La plupart des Européens connaissent à peine les nanotechnologies et une personne sur trois en Allemagne ne sait pas ce que c'est. Ceux à qui la nanotechnologie dit quelque chose sont généralement positifs à ce sujet.

Il devient clair que les gens qui connaissent le terme nanotechnologie ont généralement acquis leurs propres connaissances à ce sujet et c'est pourquoi ils le dévalorisent ou le soutiennent rarement sans critique.

Les associations de protection des consommateurs demandent que les nanoparticules soient éliminées des cosmétiques et des aliments jusqu'à ce qu'elles puissent être classées comme inoffensives. Chez Naturland, par exemple, les nanoparticules sont interdites.

En Allemagne, les nanomatériaux peuvent être considérés à la fois comme des substances actives et des substances auxiliaires, selon la manière dont ils sont utilisés. La loi allemande sur les médicaments spécifie à quoi ressemblent les contrôles de sécurité, c'est-à-dire à la fois les procédures de conseil et les tests cliniques avant approbation, la procédure d'approbation elle-même et le suivi et les rapports après approbation.

Les comités d'éthique doivent approuver les tests cliniques. L'Institut fédéral allemand des médicaments et des dispositifs médicaux surveille l'approbation.

Le franchissement de la barrière hémato-encéphalique est particulièrement controversé. Bien qu'il permette d'améliorer les performances cérébrales des patients atteints de la maladie d'Alzheimer, il peut également être utilisé pour améliorer les performances chez les personnes non induites thérapeutiquement - avec des effets secondaires imprévisibles.

L'UE interdit la recherche sur les méthodes de développement de matériaux pour améliorer la santé des personnes. Les comités d'éthique accordent une attention particulière à l'usage militaire: les médicaments nanotechnologiques doivent augmenter la concentration des soldats ou leur permettre de travailler en continu sans dormir. Enfin, la nanotechnologie ouvre d'innombrables possibilités de développement d'agents de guerre synthétiques et biologiques.

Cependant, les comités d'éthique ne réussissent guère car les projets qui utilisent la nanotechnologie dans ce sens se déroulent en secret.

Alors que la véritable recherche médicale promeut aujourd'hui massivement le remplacement fonctionnel des parties endommagées du corps par la nanomédecine, les éthiciens discutent du problème des organes et des prothèses qui dépasseraient l'original humain.

Cette discussion n'est pas simple: les améliorations corporelles qui sont médicalement nécessaires, acceptables ou inacceptables sont définies très différemment dans les sociétés.

Le débat sur ce qui est médicalement et techniquement possible avec la nanomédecine et sur ce qui est éthiquement justifiable se déroule actuellement séparément en Allemagne. (Dr Utz Anhalt)

Se gonfler:

http://www.ingenieur.de/Fachgebiete/Mikro-Nanotechnik

http://www.nano.fraunhofer.de/de/nanotech.html

http://library.fes.de/pdf-files/stabsabteilung/05709.pdf

http://www.umweltbundesamt.de/themen/chemischen/nanotechnik

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Vidéo: Les nanoparticules, cest quoi? Pourquoi cest inquiétant?