Pr Robert Rallo, coordinateur du projet MODERN, discute de la nouvelle approche de l'initiative en matière d'évaluation de la nanotoxicité, ce qui pourrait nous aider à nous orienter vers une adoption plus large des méthodes in silico.
Le projet MODERN a pour objectif de mieux comprendre comment les nanoparticules affectent la santé environnementale et humaine. Leur nouvelle approche, qui s'appuie sur de nouvelles méthodes de calcul pour caractériser la structure des nanoparticules et des modèles in silico pour évaluer leurs effets, promet également de réduire le besoin de tests in vivo.
Historiquement, la pression du marché a souvent eu pour effet de mettre l'innovation scientifique à la disposition des consommateurs avant même que nous en connaissions pleinement les tenants et les aboutissants. Ce fut notamment le cas de l'amiante, et le même scénario pourrait très bien se répéter avec la nanotechnologie si des études d'évaluation de sécurité appropriées ne sont pas menées et des mesures politiques prises en conséquence :selon certaines des dernières prévisions, le marché des nanotechnologies va croître pour atteindre 75,8 milliards d'euros (65,8) milliards d'euros d'ici 2020. peinture et électronique, nous ne savons toujours pas grand-chose de leurs effets possibles à long terme sur les systèmes biologiques.
Pour mieux comprendre, les scientifiques comptent encore beaucoup sur les tests sur les animaux, malgré les efforts des militants de la protection des animaux, scientifiques et décideurs politiques à mettre l'accent sur des méthodes de test alternatives. Conformément aux efforts déployés par l'UE pour mettre en œuvre des stratégies d'essai appropriées et en vue de surmonter les obstacles actuels à une adoption plus large des méthodes in silico, Pr Robert Rallo, coordinateur de MODERNE, a lancé le projet MODERN en janvier 2013.
Quelques mois avant la fin du projet, il nous parle de ses réalisations et de l'impact attendu sur les méthodes d'évaluation de la toxicité de l'eNP.
Diriez-vous qu'on en fait assez en Europe pour mesurer la toxicité des eNP, avant leur mise sur le marché ?
Ces dernières années, l'UE a lancé un effort important visant à définir les principes scientifiques et méthodologiques des tests in vitro et in vivo des nanomatériaux. Bien que des réglementations spécifiques concernant l'utilisation de produits utilisant les nanotechnologies fassent encore défaut, l'UE est en passe de fournir une base pour la mise en œuvre de stratégies de test appropriées qui soutiendront l'évaluation des risques et la prise de décision réglementaire.
La diversité des nanomatériaux (ex. diverses combinaisons de composition chimique, structure noyau-coque, forme, fonctionnalisation) fait du test exhaustif des nanomatériaux une tâche ardue. Dans ce contexte, le développement et la validation de méthodes de criblage à haut débit ainsi que la mise en œuvre d'outils in silico (comme ceux développés dans MODERN et dans d'autres projets de modélisation NMP du 7e PC) contribueront dans un proche avenir à fournir des méthodes d'essai alternatives adaptées à l'évaluation d'un grand nombre de nanomatériaux de manière efficace et rentable.
Pourquoi l'évaluation de la toxicité de l'eNP repose-t-elle autant sur les tests sur les animaux ?
La raison principale est que les tests in vitro actuels et les outils in silico ne sont pas encore acceptés comme systèmes modèles fiables pour la toxicité des nanomatériaux. Faire face au "bruit biologique" (c'est-à-dire, variabilité des données) dans les essais in vitro à haut débit est l'un des défis les plus urgents à relever. En outre, il existe un besoin tout aussi urgent de développer de grandes bases de données de données expérimentales de haute qualité pour le développement et la validation d'outils de prédiction de la toxicité in silico.
Comment comptez-vous combler cette lacune ?
Chez MODERN, nous développons in silico des outils d'évaluation de la nanotoxicité en utilisant différents types d'informations sur les nanoparticules. Le projet suit une approche intégrée qui combine différents types d'informations dans le cadre de voies de résultats indésirables spécifiques. Plus précisément, nous nous concentrons sur les effets de la nanotoxicité induits par les réponses au stress oxydatif. Nous avons développé de nouvelles méthodologies pour le calcul de nanodescripteurs dépendant de la taille en utilisant des approches de chimie quantique et de modélisation moléculaire, ainsi que des nano-(Q)SAR basés sur les descripteurs développés pour un certain nombre de paramètres d'écotoxicité chez différentes espèces, y compris les protozoaires, algues et bactéries.
Une autre réalisation est le développement d'une nouvelle méthodologie de normalisation pour les données omiques qui est utile pour dévoiler l'activité des gènes et des voies à faible concentration (c'est-à-dire, dans des conditions d'exposition environnementales réalistes). Des modèles de prédiction des interactions cellulaires des nanoparticules basés sur la composition de la couronne protéique de la nanoparticule ont également été développés et validés. Finalement, nous essayons d'augmenter la précision des modèles actuels en identifiant des catégories homogènes de nanoparticules et en développant de nouveaux modèles locaux pour chaque catégorie spécifique.
Les modèles que vous avez développés répondent-ils à vos attentes initiales ?
Nous avons montré que l'intégration de différents types d'informations (par exemple, propriétés physico-chimiques, caractéristiques structurelles et profils de bioactivité à différents niveaux d'organisation biologique) concernant les effets des nanoparticules est fondamentale pour le développement d'outils in silico adaptés à l'évaluation des risques des nanomatériaux et à la prise de décision.
Étant donné que les modèles informatiques peuvent guider la conception de nouvelles nanoparticules à toxicité contrôlée, Les outils in silico peuvent également être appliqués pour des nanomatériaux sûrs dès la conception. Cependant, il existe encore un manque important d'informations (publiques) sur la toxicité des nanoparticules permettant d'évaluer correctement les modèles et d'élargir leur domaine d'applicabilité. En conséquence, les modèles actuels ne peuvent être utilisés que comme outils de dépistage préliminaires qui fournissent une indication des effets néfastes potentiels d'un nanomatériau. D'autres tests in vitro (et éventuellement in vivo) seront nécessaires pour confirmer si une nanoparticule donnée a ou non des implications de toxicité.
Auriez-vous tendance à être d'accord avec les scientifiques qui disent qu'il est impossible d'arrêter complètement d'utiliser les tests sur les animaux lorsqu'il s'agit d'évaluer la toxicité de l'ENP ?
Actuellement, la réponse est oui. Des tests in vivo seront nécessaires pour garantir la sécurité des produits utilisant les nanotechnologies, en particulier pour les nanoparticules utilisées dans les applications médicales. Cependant, le développement de tests in vitro plus robustes combinés à des outils prédictifs in silico aura le potentiel de contribuer à une réduction significative du nombre d'animaux utilisés pour les tests.
Dans le futur proche, avec l'augmentation continue de la puissance de calcul et une meilleure compréhension des mécanismes d'interaction nano-bio, Je suis convaincu que nous serons en mesure d'effectuer des simulations précises des interactions entre les nanoparticules et les systèmes biologiques qui auront le potentiel de remplacer complètement les tests sur les animaux.
Selon vous, quelles sont les choses les plus importantes que vous avez apprises de vos recherches jusqu'à présent ?
La première et la plus importante leçon est que notre capacité de compréhension et de modélisation de la nanotoxicité est encore loin de ce que nous avons pour la toxicité chimique. Il existe encore un manque important de connaissances concernant les mécanismes et les modes d'action de la nanotoxicité. Aussi, la quantité de données disponibles pour le développement du modèle et, plus important encore, pour la validation du modèle - est très limité par rapport aux données disponibles pour les produits chimiques.
Il existe encore de nombreux défis qui entravent le développement d'outils de dépistage de la nanotoxicité in silico, et la quantité limitée de données n'est qu'un des facteurs limitatifs. Entre autres, les besoins importants actuels incluent le développement d'une nomenclature pour décrire les nanomatériaux sans ambiguïté; protocoles normalisés pour les tests de nanotoxicité ; des protocoles pour les tests de criblage à haut débit et leurs méthodologies de prétraitement de données associées afin de générer suffisamment de données pour enrichir et améliorer les modèles in silico actuels ; et méthodes de classement des dangers, évaluation des risques et prise de décision.
Que devez-vous encore accomplir avant la fin du projet en décembre ?
Nous évaluons actuellement la capacité prédictive des descripteurs de chimie quantique et de modélisation moléculaire pour les nanoparticules d'oxyde métallique que nous avons développées jusqu'à présent. Les méthodes de calcul pour générer les nanodescripteurs sont également affinées pour incorporer des changements structurels tels que le dopage des métaux. En parallèle, nous utilisons les informations obtenues à partir de la catégorisation des nanoparticules pour développer des modèles de nanotoxicité d'ensemble basés sur une collection de nano-QSAR réglés localement. Les informations fournies par ces modèles seront ensuite utilisées à une étape finale pour fournir des outils de classement des dangers et d'évaluation préliminaire des risques pour les nanomatériaux.
