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Les nanoparticules font mouche

M. L. T.

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Les nanoparticules biofonctionnalisées ont trois principales fonctions : la destruction de tumeurs par une action physique ou physico-chimique ; la délivrance ciblée d'un médicament ; l'imagerie biomédicale.

La scène se passe dans l'obscurité d'une salle de conférence au cours du salon Bio, à Chicago en avril dernier. À l'écran, une première diapositive montre des tissus de souris présentant une tumeur, puis une seconde où la tumeur a complètement disparu. Le conférencier explique alors que ce traitement radical est basé sur des nanoparticules dénommées TNT (Targeted Nano Therapeutics) capables de cibler les cellules cancéreuses avant de les détruire à distance par la chaleur. Trop beau pour être vrai ? Ce n'est pas l'avis du National Cancer Institute aux États-Unis qui, en octobre 2005, a décidé de consacrer 144 millions de dollars aux recherches sur les nanotechnologies.

Le développement de nanoparticules destructrices de tumeurs est l'une des priorités de ce programme. Schématiquement, ces systèmes sont constitués d'un matériau magnétique présentant en surface des molécules biologiques (anticorps, peptides...) qui vont cibler les cellules à traiter et s'y accumuler. Sous l'action d'un champ externe commandé par le praticien, ces particules vont générer une chaleur - entre 40 et 70 °C - qui va détruire les cellules ciblées, en laissant intacts les tissus sains. Les nanoparticules TNT de Triton Biosystems (Chelmsford, Massachusetts), présentées lors du salon Bio à Chicago, entrent dans cette catégorie. Constituées d'oxyde de fer, elles sont activables par radiofréquence ou micro-ondes. « Nous prévoyons les premiers essais cliniques pour le courant 2006, assure Samuel Straface, PDG de l'entreprise, en particulier pour les cancers de la tête, du cou, du sein et du poumon. » La société texane Nanospectra a, de son côté, conçu les nanoparticules d'or AuroShell avec l'université Rice (à Houston). Activées par un laser proche IR, elles produisent une chaleur fatale aux tumeurs ciblées (dans le cerveau notamment) ainsi qu'à leur système vasculaire.

Des traitements contre les tumeurs solides

En Europe, l'allemand Magforce est en pointe avec ses nanoparticules d'oxyde de fer activées par radiofréquence ou micro-ondes. Des essais cliniques sont en cours, notamment sur le cancer de l'oesophage métastasé. En France, la société Nanobiotix (voir encadré) se distingue par la gamme d'actions possibles de ses nanoparticules sur les tumeurs : la chaleur, mais aussi la production de radicaux libres ou encore la création d'un stress cellulaire. C'est par ailleurs la seule à exploiter comme source d'activation l'IRM, les rayons X et les lasers, des technologies déjà présentes en milieu hospitalier. « Nos nanoparticules sont produites à l'École des mines de Paris, précise Laurent Lévy, fondateur de Nanobiotix. En termes d'application, nous collaborons avec l'Inserm à Lyon sur le traitement du glioblastome, une tumeur cérébrale. Nous prévoyons le début des essais cliniques d'ici douze à dix-huit mois sur une indication choisie parmi les cancers actuellement sans réponse thérapeutique satisfaisante. »

Les nanoparticules ont bien d'autres atouts : elles peuvent délivrer un médicament à une cellule malade qu'elles auront spécifiquement reconnue.

Aux États-Unis, Cytimmune débute les essais cliniques sur un traitement anticancéreux porté par des nanoparticules d'or. Ces particules fonctionnalisées avec du polyéthylène-glycol-thiol portent des molécules contre les tumeurs solides. Le produit le plus avancé porte le TNF (facteur de nécrose des tumeurs, en anglais). Ce composé est tellement toxique pour les cellules saines qu'il n'est pas utilisé dans le traitement systémique des cancers, d'où l'intérêt de cibler son action. Certaines sociétés transportent les molécules thérapeutiques dans des nanoparticules organiques : des polymères blocs hydrophiles et hydrophobes chez le japonais Nanocarrier ou des dendrimères chez l'américain Dendritic Nanotechnologies. Chez Kereos (Saint-Louis, Missouri), des nanoparticules en perfluorocarbone sont recouvertes d'une couche lipidique. C'est sur cette couche que sont fixées d'une part, l'entité qui va reconnaître la cellule cible, d'autre part la molécule thérapeutique. Deux produits sont ainsi développés, portant respectivement un traitement antitumeur et un médicament contre les plaques d'athérome (responsables de maladies cardio-vasculaires).

Visualiser les cellules cibles

Kereos conçoit aussi ses nanoparticules dans un autre domaine : l'imagerie biomédicale. Au lieu de transporter un médicament à une cellule cible, il s'agit d'y apporter un agent permettant de la visualiser. L'entreprise conçoit ainsi des nanoparticules pour la détection par IRM de tumeurs et de maladies cardio-vasculaires. Avec l'université Rice, la société Nanospectra développe de son côté des produits d'imagerie basés sur ses nanoparticules d'or AuroShell. Mais cette fois, au lieu d'absorber la lumière et de transformer l'énergie en chaleur fatale aux tumeurs, elles diffusent cette lumière. « C'est la taille relative de nanoparticules par rapport à la longueur d'onde de la lumière qui détermine si elles vont l'absorber ou la diffuser », explique Jennifer West, de l'université Rice.

Si ces nanoparticules d'imagerie sont encore en cours de développement, d'autres ont bel et bien trouvé leur marché. Ce sont les quantum dots, dont les principaux fournisseurs sont les américains Invitrogen et Evident Technologies. Ces nanoparticules fluorescentes biofonctionnalisées se destinent à des applications d'imagerie in vitro mais également in vivo. Elles permettent de détecter des cellules malades et aussi d'observer des mécanismes biologiques par simple microscopie optique. À l'École normale supérieure (Paris), des chercheurs ont ainsi réussi à visualiser les mécanismes moléculaires au niveau des synapses, lieu de jonction où s'opère la communication entre les neurones.

L'ESSENTIEL

- Les nanoparticules destructrices de tumeurs ciblent les cellules cancéreuses et, activées à distance, les détruisent par la chaleur. - La délivrance très ciblée de médicaments autorise l'utilisation de principes actifs extrêmement puissants, sans altérer les tissus sains. - L'émission ou la diffusion de lumière permet aux nanoparticules de détecter des cellules malades ou de visualiser des mécanismes biologiques.

LES QUANTUM DOTS : NANO-OUTILS D'IMAGERIE

- Les quantum dots (points quantiques) sont des nanoparticules fluorescentes constituées d'un coeur en sulfure ou séléniure de cadmium, de zinc ou de plomb. Elles sont recouvertes d'un film polymère inerte qui évite le contact direct entre les métaux lourds et le vivant. Ce film permet aussi de fixer des entités biologiques (protéines, anticorps) pour la reconnaissance spécifique d'une cible. Par rapport aux marqueurs fluorescents organiques classiques comme la fluorescéine ou la rhodamine, les quantum dots ont trois atouts majeurs : leur résistance au photoblanchiment, leur très grande brillance et leur possibilité d'émettre une lumière dont la longueur d'onde varie selon la taille des nanoparticules.

NANOBIOTIX PRODUIT DES NANOBILLES ANTICANCÉREUSES

- Créée en 2003 par Laurent Lévy sur la base de travaux qu'il a effectués à l'université de Buffalo (New York) dès 1998, la société Nanobiotix développe des nanoparticules thérapeutiques anticancéreuses. « Il s'agit de particules magnétiques de 20 à 50 nm de diamètre recouvertes de silice, matériau non-toxique et non-métabolisable par l'organisme », explique Laurent Lévy. Un champ active les nanoparticules L'application d'un champ externe va alors générer une action physique ou physico-chimique entraînant la destruction de la tumeur, laissant intacts les tissus sains. Nanobiotix a conçu quatre familles de produits. Les Nanomag sont activées par IRM qui les met en rotation et induit un stress cellulaire. Les NanoXRay sont activées par des rayons X entraînant la production de radicaux libres et de chaleur. Les NanoPDT, activées par un laser, créent des radicaux libres et les NanoUSonic, activées par des ultrasons, entraînent un stress cellulaire.

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