La nanotechnologie crée de nouvelles opportunités pour lutter contre les maladies - de la livraison de médicaments dans des emballages intelligents aux nanobots alimentés par les plus petits moteurs du monde.

La chimiothérapie profite à un grand nombre de patients mais les effets secondaires peuvent être brutaux.

Lorsqu'un patient reçoit une injection d'un médicament anticancéreux, l'idée est que les molécules rechercheront et détruiront les cellules tumorales indésirables. Cependant, des quantités relativement importantes doivent être administrées pour atteindre la cible à des concentrations suffisamment élevées pour être efficaces. En raison de cette concentration élevée de médicament, les cellules saines peuvent être tuées ainsi que les cellules cancéreuses, laissant de nombreux patients faibles, nausée et vulnérable à l'infection.

Une façon dont les chercheurs tentent d'améliorer l'innocuité et l'efficacité des médicaments est d'utiliser un domaine de recherche relativement nouveau connu sous le nom de nanothrapeutique pour cibler l'administration de médicaments uniquement aux cellules qui en ont besoin.

Le professeur Sir Mark Welland est chef de la division de génie électrique à Cambridge. Dans les années récentes, ses recherches ont porté sur la nanothérapie, travailler en collaboration avec les cliniciens et l'industrie pour mieux se développer, médicaments plus sûrs. Lui et ses collègues ne conçoivent pas de nouveaux médicaments; au lieu, ils conçoivent et fabriquent des emballages intelligents pour les médicaments existants.

Les nanothérapies se présentent sous de nombreuses configurations différentes, mais la façon la plus simple de penser à eux est aussi petite, particules bénignes remplies d'un médicament. Ils peuvent être injectés de la même manière qu'un médicament normal, et sont transportés par la circulation sanguine jusqu'à l'organe cible, tissu ou cellule. À ce point, un changement dans l'environnement local, comme le pH, ou l'utilisation de lumière ou d'ultrasons, provoque la libération de leur cargaison par les nanoparticules.

Des outils de taille nanométrique sont de plus en plus recherchés pour le diagnostic, délivrance de médicaments et thérapie. « Il y a un grand nombre de possibilités en ce moment, et probablement plus à venir, c'est pourquoi il y a eu tant d'intérêt, " dit Welland. En utilisant une chimie et une ingénierie intelligentes à l'échelle nanométrique, les drogues peuvent être « enseignées » à se comporter comme un cheval de Troie, ou de retenir leur feu jusqu'au bon moment, ou de reconnaître la cible qu'ils recherchent.

"Nous essayons toujours d'utiliser des techniques qui peuvent être étendues - nous évitons d'utiliser des produits chimiques coûteux ou des équipements coûteux, et nous y avons raisonnablement réussi, " ajoute-t-il. " En limitant les coûts et en utilisant des techniques évolutives, nous avons de bien meilleures chances de réussir un traitement pour les patients. »

En 2014, lui et ses collaborateurs ont démontré que les nanoparticules d'or pouvaient être utilisées pour « faire passer en contrebande » des médicaments de chimiothérapie dans les cellules cancéreuses dans le glioblastome multiforme, le type de cancer du cerveau le plus courant et le plus agressif chez les adultes, qui est notoirement difficile à traiter. L'équipe a conçu des nanostructures contenant de l'or et du cisplatine, un médicament de chimiothérapie conventionnel. Un revêtement sur les particules les a attirées vers les cellules tumorales des patients atteints de glioblastome, de sorte que les nanostructures se sont liées et ont été absorbées dans les cellules cancéreuses.

Une fois à l'intérieur, ces nanostructures ont été exposées à la radiothérapie. Cela a amené l'or à libérer des électrons qui ont endommagé l'ADN de la cellule cancéreuse et sa structure globale, l'amélioration de l'impact du médicament chimiothérapeutique. Le processus a été si efficace que 20 jours plus tard, la culture cellulaire n'a montré aucun signe de renaissance, suggérant que les cellules tumorales avaient été détruites.

Alors que la technique est encore à plusieurs années d'utilisation chez l'homme, des tests ont commencé chez la souris. Le groupe de Welland travaille avec MedImmune, la branche R&D des produits biologiques de la société pharmaceutique AstraZeneca, étudier la stabilité des médicaments et concevoir des moyens de les délivrer plus efficacement à l'aide de la nanotechnologie.

"L'un des grands avantages de travailler avec MedImmune est qu'ils comprennent précisément les exigences pour qu'un médicament soit approuvé. Nous fermerions des lignes de recherche où nous pensions qu'il n'arriverait jamais au point d'approbation par les régulateurs, " dit Welland. " Il est important d'être pragmatique à ce sujet afin que seules les approches ayant les meilleures chances de fonctionner chez les patients soient mises en avant. "

Les chercheurs ciblent également des maladies comme la tuberculose (TB). Grâce au financement du Rosetrees Trust, Welland et le chercheur postdoctoral Dr Íris da luz Batalha travaillent avec le professeur Andres Floto du département de médecine pour améliorer l'efficacité des médicaments antituberculeux.

Leur solution a été de concevoir et de développer des produits non toxiques, polymères biodégradables qui peuvent être « fusionnés » avec des molécules antituberculeuses. Comme les molécules de polymère ont une longue, forme de chaîne, les médicaments peuvent être attachés le long du squelette polymère, ce qui signifie que de très grandes quantités de médicament peuvent être chargées sur chaque molécule de polymère. Les polymères sont stables dans la circulation sanguine et libèrent les médicaments qu'ils transportent lorsqu'ils atteignent la cellule cible. A l'intérieur de la cellule, le pH baisse, ce qui provoque la libération du médicament par le polymère.

En réalité, les polymères ont si bien fonctionné pour les médicaments antituberculeux qu'un autre chercheur postdoctoral de Welland, Dr Myriam Ouberaï, a créé une start-up, Spirée, qui recueille des fonds pour développer les polymères à utiliser avec les médicaments oncologiques. Ouberaï espère établir une collaboration avec une société pharmaceutique dans les deux prochaines années.

"Concevoir ces particules, les charger de drogue et les rendre ingénieux pour qu'ils larguent leur cargaison de manière contrôlée et précise :c'est tout un défi technique, " ajoute Welland. " La principale raison pour laquelle je m'intéresse au défi est que je veux voir quelque chose qui fonctionne dans la clinique - je veux voir quelque chose qui fonctionne chez les patients. "

La nanotechnologie pourrait-elle aller au-delà de la thérapeutique à une époque où les nanomachines nous maintiennent en bonne santé en patrouillant, surveiller et réparer le corps?

Les nanomachines ont longtemps été un rêve des scientifiques et du public. Mais trouver comment les faire bouger a signifié qu'ils sont restés dans le domaine de la science-fiction.

Mais l'année dernière, Le professeur Jeremy Baumberg et ses collègues de Cambridge et de l'Université de Bath ont mis au point le plus petit moteur du monde – quelques milliardièmes de mètre seulement. C'est biocompatible, rentable à fabriquer, réponse rapide et économe en énergie.

Les forces exercées par ces « ANTS » (pour « actuating nano-transducers ») sont près de cent fois plus importantes que celles de tout appareil connu, moteur ou musculaire. Pour les faire, de minuscules particules d'or chargées, liés ensemble avec un gel polymère sensible à la température, sont chauffés avec un laser. Lorsque les revêtements polymères expulsent l'eau du gel et s'effondrent, une grande quantité d'énergie élastique est stockée en une fraction de seconde. Au refroidissement, les particules se séparent et libèrent de l'énergie.

Les chercheurs espèrent utiliser cette capacité des ANT à produire des forces très importantes par rapport à leur poids pour développer des machines tridimensionnelles qui nagent, ont des pompes qui prennent du liquide pour détecter l'environnement et sont assez petites pour se déplacer dans notre circulation sanguine.

Travailler avec Cambridge Enterprise, la branche de commercialisation de l'Université, l'équipe du centre de nanophotonique de Cambridge espère commercialiser la technologie pour les bio-applications microfluidiques. Le travail est financé par le Conseil de recherche en ingénierie et sciences physiques et le Conseil européen de la recherche.

"Il y a une révolution dans les soins de santé personnalisés, et pour cela nous avons besoin de capteurs non seulement à l'extérieur mais à l'intérieur, " explique Baumberg, qui dirige un réseau de recherche stratégique interdisciplinaire et un centre de formation doctorale axé sur les nanosciences et les nanotechnologies.

"La nanoscience est le moteur de cela. Nous construisons maintenant une technologie qui nous permet même d'imaginer ces futurs."