Les nanoparticules ont un grand potentiel en médecine :pour le diagnostic, comme véhicule pour les substances actives ou un outil pour tuer les tumeurs en utilisant la chaleur. Les chercheurs de l'ETH Zurich ont maintenant développé des particules relativement faciles à produire et ayant un large éventail d'applications.

Si vous mettez votre main sur une torche allumée dans le noir, il semble briller en rouge. En effet, les faisceaux de lumière rouge à longue longueur d'onde pénètrent plus efficacement les tissus humains que la lumière bleue à courte longueur d'onde. Les chercheurs de l'ETH Zurich exploitent ce fait dans un nouveau type de nanoparticules :les particules dites plasmoniques, qui chauffent lorsqu'ils absorbent la lumière proche infrarouge. Cela pourrait leur permettre de tuer le tissu tumoral avec la chaleur, par exemple.

L'or est un matériau populaire pour les nanoparticules utilisées en thérapeutique, car il est bien toléré et ne déclenche généralement pas de réactions indésirables. Dans la forme caractéristique de boule ou de sphère des nanoparticules, cependant, l'or n'a pas les propriétés nécessaires pour fonctionner comme une particule plasmonique qui absorbe suffisamment dans le spectre proche infrarouge de la lumière pour se réchauffer. Faire cela, il doit être moulé dans une forme spéciale, comme une tige ou une coquille, de sorte que les atomes d'or adoptent une configuration qui commence à absorber la lumière proche infrarouge, générant ainsi de la chaleur. Produire de telles nanotiges ou nanocoquilles en quantités suffisantes, cependant, est complexe et coûteux.

Agrégats au lieu de tiges

Une équipe de chercheurs dirigée par Sotiris Pratsinis, Professeur de technologie des particules à l'ETH Zurich, a maintenant découvert une astuce pour fabriquer des particules d'or plasmoniques en grandes quantités. Ils ont utilisé leur savoir-faire existant sur les nanoparticules plasmoniques et fabriqué des nanoparticules d'or en forme de sphère qui présentent les propriétés plasmoniques dans le proche infrarouge souhaitées en permettant leur agrégation. Chaque particule est préalablement revêtue d'une couche de dioxyde de silicium, qui agit comme un espace réservé entre les sphères individuelles dans l'agrégat. Grâce à la distance définie avec précision entre plusieurs particules d'or, les chercheurs transforment les particules en une configuration qui absorbe la lumière proche infrarouge et génère ainsi de la chaleur.

"La coque en dioxyde de silicium a un autre avantage", explique Georgios Sotiriou, premier auteur de l'étude et, jusque récemment, un post-doctorant dans le groupe de recherche de Pratsinis et actuellement boursier du Fonds national suisse de la recherche scientifique à l'Université Harvard :« Il empêche les particules de se déformer lorsqu'elles chauffent. C'est un problème majeur avec les nanotiges. Si les tiges perdent leur forme en chauffant, ils perdent leurs propriétés plasmoniques souhaitées et ne sont plus capables d'absorber suffisamment de lumière proche infrarouge pour générer de la chaleur.

Les chercheurs ont déjà testé les nouvelles particules sur des cellules cancéreuses du sein dans une boîte de Pétri et ont découvert qu'après exposition à la lumière proche infrarouge, les nanoparticules se réchauffaient suffisamment pour tuer les cellules, tandis que les cellules ont survécu dans des expériences de contrôle (avec des particules mais sans rayonnement et avec un rayonnement mais sans nanoparticules).

Combinaison à fort potentiel

Pour pouvoir diriger les particules spécifiquement vers les tissus cancéreux, les chercheurs ont également mélangé des particules d'oxyde de fer superparamagnétique avec les particules d'or, qui permettent de contrôler les nanoagrégats via des champs magnétiques et peuvent favoriser leur accumulation dans une tumeur. De plus, cela ouvre la possibilité de chauffer les agrégats dans des couches profondes de tissu que la lumière infrarouge ne peut plus atteindre via l'hyperthermie magnétique. Ici, le chauffage des particules est induit par un champ magnétique, où les pôles plus et moins alternent à un rythme rapide.

"Beaucoup de questions doivent encore être résolues avant que les particules puissent être utilisées chez l'homme", dit Jean-Christophe Leroux, Professeur de formulation et d'administration de médicaments à l'ETH Zurich, qui a également participé au projet de recherche. Bien que l'or, le dioxyde de silicium et l'oxyde de fer sont bien tolérés, ce qui arrive aux agrégats de particules dans le corps au cours du temps - qu'ils s'accumulent dans le foie ou qu'ils soient décomposés et excrétés, par exemple – doit encore faire l'objet d'une enquête.

Les nanoparticules hybrides d'oxyde de fer et d'or ne sont pas seulement capables de tuer les cellules tumorales par la chaleur; ils pourraient également être utilisés comme produit de contraste pour les processus d'imagerie dans le diagnostic par imagerie par résonance magnétique, comme étudié en collaboration avec l'hôpital universitaire de Zurich, ou en tant que partie d'un véhicule qui transporte des substances actives. "Vous pouvez même coupler les particules avec des transporteurs de médicaments sensibles à la température, qui permettrait alors la libération du médicament si une certaine température était dépassée", explique Sotiriou. Cela permettrait de réduire voire d'éviter les effets secondaires indésirables sur le reste du corps.