Les scientifiques conçoivent des matériaux mille fois plus petits que la largeur d'un cheveu.

Connu sous le nom de nanomatériaux ou nanoparticules, certains pourraient aider à traiter les maladies.

Cependant, l'ingénierie des particules pour les applications biomédicales reste un défi, en particulier lors du passage du tube à essai aux environnements biologiques.

C'est une question que nous avons abordée dans un article récent. Une nanoparticule en laboratoire est une chose, mais une nanoparticule interagissant avec le sang, les cellules et les tissus en est un autre, et le comportement des particules peut changer considérablement lors du passage d'un environnement à un autre.

Les « interactions bio-nano » régissent ces changements de comportement, et c'est un domaine de recherche avec beaucoup de difficultés, mais aussi des récompenses importantes.

Utiliser des nanoparticules pour cibler des maladies

Les nanoparticules pourraient aider à créer des traitements médicaux plus efficaces. L'objectif est d'améliorer des domaines allant de l'administration de médicaments à la détection des maladies.

L'un des avantages potentiels des nanoparticules est la possibilité de développer des thérapies ciblées, afin que les médicaments aillent exactement là où ils sont nécessaires dans le corps.

Par exemple, de nombreuses chimiothérapies hautement efficaces existent aujourd'hui, mais parce qu'ils n'interagissent pas seulement avec les cellules cancéreuses mais aussi avec les cellules saines, beaucoup d'entre eux ont des effets secondaires tels que des dommages au cœur et à la moelle osseuse. Cela limite leur efficacité et explique en grande partie pourquoi le traitement du cancer peut être si difficile.

Pourquoi le ciblage est-il si difficile ?

Mais les thérapies médicamenteuses ciblées utilisant des nanoparticules restent également limitées. Comme dans bien d'autres domaines, ce qui fonctionne en laboratoire peut être difficile à traduire en clinique.

Un exemple est l'utilisation de nanoparticules comme « supports » qui sont chargées d'un médicament puis s'accumulent dans les cellules cibles (voir l'image ci-dessous).

Ces types de nanoparticules peuvent bien fonctionner en laboratoire, mais lorsqu'il est utilisé dans des environnements biologiques plus complexes (comme dans le sang plutôt que dans une solution tampon saline), les choses deviennent rapidement plus compliquées.

Par exemple, lorsque des nanoparticules sont injectées dans le sang, les protéines s'adsorbent à leur surface et cela peut changer complètement leur comportement. En effet, ce bio-revêtement modifie des propriétés importantes des particules, y compris la charge (positive, neutre ou négatif) et la taille.

Solutions possibles

De nouvelles méthodes sont en cours de développement pour mieux évaluer les nanoparticules. Cela comprend des techniques d'investigation qui peuvent compléter les études sur les cellules et les animaux.

Un exemple est les canaux microfluidiques qui peuvent imiter les vaisseaux sanguins et peuvent être utilisés pour étudier le comportement des nanomatériaux dans les capillaires sanguins.

Une autre option utilise des tissus et des organes imprimés en 3D. Dans un exemple récent, des hydrogels remplis de cellules ont été imprimés sur une surface à l'aide d'une imprimante 3D personnalisée.

L'essentiel est d'avoir Ajustable complexité. C'est-à-dire, pouvoir ajuster ces méthodes afin que nous puissions tirer des informations pertinentes et précieuses des études. Mais pas si complexe qu'il devienne difficile de comprendre les mécanismes impliqués.

C'est important, parce qu'une nanoparticule administrée à un animal connaît plusieurs niveaux de complexité biologique lors de son voyage de la circulation sanguine vers la zone cible (voir l'image ci-dessous). Pour bien comprendre ce qui se passe, nous devons tous les étudier.

Les nanomédicaments de demain

Plus nous en apprendrons sur la bio-nanoscience – ou sur la façon dont les matériaux interagissent avec la biologie à l'échelle nanométrique – plus il sera facile de concevoir des nanoparticules qui se comportent comme nous le souhaitons.

Après des années d'efforts concertés, une image plus claire des mécanismes qui déterminent le bon fonctionnement d'une nanoparticule est en train d'émerger et l'ampleur du défi qui nous attend commence à devenir claire.

Il est peu probable qu'une seule « solution rapide » soit découverte.

Au lieu, la recherche qui parvient à combiner avec succès des idées de différents domaines et chercheurs mènera probablement au développement de nanoparticules ciblées nouvelles et améliorées.

L'objectif est de proposer de nouveaux traitements pour des maladies difficiles, voire impossibles, à traiter aujourd'hui.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.