Biotechnologie
La biotechnologie traditionnelle
consiste à utiliser des êtres vivants simples – bactéries et levures – et des
cellules eucaryotes en culture, dont le métabolisme et la capacité
biosynthétique sont utilisés pour la fabrication de substances spécifiques
pouvant être utilisées par l'homme.
La biotechnologie moderne permet,
grâce à l'application intégrée des connaissances et des techniques de la
biochimie, de la microbiologie, du génie chimique et surtout du génie génétique,
de tirer parti des propriétés des microorganismes et des cultures cellulaires
sur le plan technologique. Cela permet de produire un grand nombre de
substances et de composés à partir de ressources renouvelables et abondamment
disponibles.
Grâce à la biotechnologie, les
scientifiques cherchent des moyens de tirer parti de la "technologie
biologique" du vivant, pour produire des aliments plus sains, de meilleurs
médicaments, des matériaux plus résistants ou moins polluants, des cultures
plus productives, des sources d'énergie renouvelables et même des systèmes pour
éliminer la pollution.
Biotechnologie rouge :
s'applique à l'utilisation de la biotechnologie dans les processus médicaux. Certains
exemples sont la conception d'organismes produisant des antibiotiques, la mise
au point de vaccins plus sûrs et de nouveaux médicaments, les diagnostics
moléculaires, les thérapies régénératives et le développement du génie
génétique pour soigner les maladies par la manipulation génique.
Il y a eu une nette avancée dans
ce domaine, la biotechnologie traditionnelle étant clairement différenciée du
moderne. La biotechnologie traditionnelle utilisait des micro-organismes, tels
que des bactéries, des levures et des moisissures, pour produire différents
aliments, tels que du pain, du fromage, du vin ou de la bière. Aujourd'hui, au
lieu de cela, elle utilise des microorganismes génétiquement modifiés, en
utilisant des techniques d'ingénierie génétique.
Génie génétique
C'est une partie de la
biotechnologie qui s'appuie sur la manipulation de gènes pour obtenir des
substances spécifiques utilisables par l'homme. Il s'agit d'isoler le gène qui
produit la substance et de l'introduire dans un autre être vivant plus simple
et moins coûteux à manipuler ; ce qui est réalisé, c'est de modifier les
caractéristiques héréditaires d'un organisme de manière dirigée par l'homme, en
modifiant son matériel génétique.
Une des applications les plus
prometteuses en médecine est la thérapie génique, qui permet de traiter les
personnes atteintes de maladies génétiques. Grâce à ce type de traitement, les maladies
dues à la présence d’un gène défectueux peuvent être guéries. La technique
utilisée consiste à introduire le gène sain chez l'individu, puis ses cellules
produisent la protéine dont elles ont besoin. Dans le domaine des
nanotechnologies, il est possible d’accéder à de nouveaux traitements locaux
qui n’affectent pas l’organisme tout entier, par exemple dans les greffes de
moelle osseuse, la recherche sur les cellules souches.
La nanotechnologie
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Un cheveu humain mesure
autour cent mille nanomètres |
La nanotechnologie, terme qui a
été mentionné pour la première fois en 1959 par Richard Feman, est une technologie
qui étudie le tout petit, car elle fait référence aux sciences et aux
techniques au niveau atomique et moléculaire, c'est-à-dire aux travaux à
l'échelle nano-métrique.
Le terme nano signifie nain (du
latin nanus). C'est une unité de
mesure qui équivaut à un millionième. Un nanomètre équivaut à 1/1000 microns,
soit environ 1/80000 du diamètre d'un cheveu humain.
Nano-robotique : petite
science
La nano-robotique est le domaine
de la nanotechnologie chargé d'étudier la robotique à l'échelle nano-métrique ;
mais non seulement les robots dont les dimensions sont nano-métriques sont étudiés,
mais également les gros robots capables de manipuler des objets de dimensions
nano-métriques. La nano-robotique est un domaine multidisciplinaire dans la
mesure où il fait appel à la chimie, à l'informatique, à l'ingénierie, à la
biologie et à d'autres sciences connexes, afin de contrôler ou de modifier les
propriétés ou la forme et la taille des nano-objets et des nano-structures.
Les nano-robots sont des systèmes
intelligents de dimensions nano-métriques allant de 1 à 100nm, ils sont conçus
pour effectuer des tâches spécifiques. Cette discipline travaille sur la
conception d’une armée d’appareils d’un millionième de millimètre.
Applications des nano-robots
Il y a plusieurs applications
dans des domaines tels que l’ingénierie spatiale, la biologie, l’industrie
manufacturière, la médecine.
Dans le domaine de la médecine
Les nano-robots médicaux sont des
dispositifs de dimensions nano-métriques développés pour être utilisés dans
diverses branches de la médecine. Ils sont constitués de nano-composants,
conçus pour permettre de nouvelles méthodologies en matière de diagnostic, de
traitements médicaux et de chirurgie peu invasive.
Les nano-robots sont développés
dans le but de pouvoir diagnostiquer, surveiller et traiter des maladies dans
des parties spécifiques du corps. En outre, ils peuvent effectuer des tâches
prédéfinies dans certaines procédures médicales.
La nano-robotique médicale comporte
de grands défis pour sa construction, mais elle apporterait de grands avantages
pour le traitement des maladies grâce au fait qu'elle fonctionne au niveau
atomique, en traitant le problème depuis la cellule ou à des endroits
spécifiques du corps. Les dispositifs seraient essentiellement conçus pour reconnaître
les agents pathogènes à l'aide de leurs nano-capteurs afin de collecter des
informations et aider à diagnostiquer les maladies. Ils pourraient également
fournir des médicaments d'une manière très précise, facilitant le traitement de
différentes maladies.
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| Nano-robots naviguant avec bio-capteurs |
Les nano-robots pourraient être
introduits dans notre corps par le système vasculaire ou par d'autres cavités
et voyager librement dans le corps humain. La portée de cette technologie
pourrait atteindre le point où les nano-robots ont la capacité de prendre leurs
propres décisions sans avoir besoin d'aucun élément externe, donc d'adapter et
de traiter tout problème de santé des personnes.
Des centres spécialisés, des
universités et des instituts de recherche du monde entier investissent
massivement dans la nano-robotique, ce qui a permis de développer des travaux
qui confirment les possibilités futures de cette discipline.
*
* *
Des nano-robots pour voyager
dans le cerveau
Des scientifiques de
l'Université de Montréal au Canada, selon un article publié dans ScienceDirect
en mars 2015, ont mis au point un groupe “d'agents nano-robotiques” capables de
pénétrer la barrière hémato-encéphalique et de voyager profondément dans le
cerveau, dans le but de libérer des molécules thérapeutiques, par exemple, pour
le traitement des tumeurs.
La barrière hémato-encéphalique est
une formation dense de cellules endothéliales et gliales entre les vaisseaux
sanguins et le système nerveux central qui protège le cerveau, empêchant ainsi
le passage de nombreuses substances toxiques, tout en permettant le passage des
nutriments et de l'oxygène. Cependant, cela empêche également environ 98% des
molécules thérapeutiques d'atteindre le cerveau.
Si cette barrière n'existait pas,
de nombreuses substances nocives atteindraient le cerveau, ce qui en altérerait
le fonctionnement et rendrait l'organisme non-viable.
Dans le cas de ces agents
nano-robotiques, leurs nanoparticules sont exposées à la radiofréquence, ce qui
provoque une augmentation de leur température, ce qui entraîne une dissipation
thermique.
Cette chaleur génère un stress
mécanique sur la barrière hémato-encéphalique, qui provoque son ouverture
temporaire – pendant environ deux heures –, ce qui permet une ouverture
temporaire et localisée de la barrière pour la diffusion d'agents
thérapeutiques dans le cerveau.
Les progrès sont importants car,
à présent, ce point ne peut être atteint que par la chirurgie. Mais parfois,
cela ne suffit pas non plus, car certains types de tumeurs se trouvent dans le
tronc cérébral, entre les nerfs, ce qui rend impossible leur atteinte.
Bien que de nombreux obstacles restent
à surmonter avant de pouvoir utiliser cette technologie pour le traitement des
êtres humains, l’équipe de recherche est optimiste : bien que leurs
résultats actuels soient prometteurs à un stade précoce, ils sont en voie de
réaliser l’objectif de développement d’un mécanisme d'administration locale de
médicaments capables de traiter les troubles oncologiques, psychiatriques,
neurologiques et neuro-dégénératifs, entre autres.
Des micro-robots à l’assaut
des tumeurs cérébrales
Deux équipes de chercheurs du
Centre de recherche Inserm de l'Université d'Angers et de l'Institut national
des sciences appliquées (INSA) Centre-Val de Loire, coordonnent un projet – sélectionné en octobre 2018 pour recevoir des fonds du Plan de lutte contre le
cancer de l’Inserm pour trois années – et vont associer leurs savoir-faire afin
de développer une solution thérapeutique innovante contre le glioblastome
multiforme.
Le glioblastome multiforme est un
cancer du cerveau très agressif dont on ne peut véritablement guérir à l’heure
actuelle. Mais demain, il sera peut-être soigné par des nanoparticules
magnétiques dirigées à distance pour le détruire de l’intérieur.
Les micro-robots, une fois
injectés dans le sang, sont téléguidés vers le cerveau pour atteindre une
tumeur cérébrale. Ils pénètrent alors dans les cellules cancéreuses et y
déposent un traitement qui les détruit de l’intérieur.
L’origine de ce projet ambitieux
remonte aux travaux de l’équipe Inserm sur des éléments essentiels du cytosquelette
des neurones : les neurofilaments. Ces chercheurs ont notamment mis en
évidence qu’un constituant de certains neurofilaments, un peptide composé d’une
quinzaine d’acides aminés, pénètre les cellules de glioblastome in vitro
mais aussi in vivo dans des modèles expérimentaux de ce cancer du
cerveau. Ce peptide s’introduit dans
les cellules cancéreuses mais il ne pénètre pas dans les neurones sains.
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Le peptide (en vert) dans la cellule de glioblastome (au centre)
provoque une destruction du réseau de micro-tubules (en rouge) |
Les
chercheurs ont eu l’idée de l’utiliser pour injecter des produits anticancéreux
spécifiquement dans les cellules de glioblastome et ainsi épargner les tissus
non touchés. Dans ce but, les chercheurs ont développé des nano-capsules.
Ces sortes de gélule de taille
nano-métrique – soit mille fois plus petites que l’épaisseur d’un cheveu – sont
composées d’une enveloppe de lipides qui renferment des substances
thérapeutiques. L’ajout du peptide à leur surface leur permet de pénétrer plus
facilement les cellules du glioblastome. Des travaux sur des souris modèles de
ce type de cancer ont d’ailleurs confirmé que lorsque ces nano-capsules présentent
ce peptide à leur surface, un plus grand nombre d’entre elles pénètrent les
cellules cancéreuses, ce qui réduit d’autant plus la taille des tumeurs de ces
rongeurs.
L’équipe cherche à conférer des
propriétés magnétiques aux nano-capsules qu’ils ont développées pour qu’elles
puissent être téléguidées dans la circulation sanguine. Ce qui peut être fait
en intégrant par exemple au cœur de celles-ci de la magnétite, un oxyde de fer
naturellement aimanté.
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Électroaimants utilisés pour téléguider les
particules magnétisées dans les modèles
expérimentaux du laboratoire de l’INSA |
En parallèle, une équipe de
l’INSA Centre-Val de Loire de Tours développe un autre type de nanoparticules à
base de silicium poreux, un élément bio-compatible qui se dissout lentement dans
l’organisme. Le silicium présente
l’avantage d’être photo-luminescent, ce qui permet de le localiser dans les
tissus par une méthode non invasive. Et à l’image des nano-capsules lipidiques,
leurs propriétés magnétiques peuvent être ajustées grâce à des particules de
fer.
Grâce à ces études sur des
modèles expérimentaux, les chercheurs sauront prochainement si ces micro-robots
pourront remplir pleinement leur mission. Dans ce cas, le degré de toxicité du
peptide devra alors être établi avant d’envisager des essais cliniques. D’ici
trois années, ils pensent apporter leur contribution au combat contre ce
cancer. Mais pas seulement. Car si ce concept fait ses preuves, ils pourront
trouver de nombreuses applications en médecine, par exemple dans la lutte
contre la maladie d’Alzheimer ou dans la prise en charge des accidents
vasculaires cérébraux (AVC).
Un robot à ADN commande des
molécules 'pas à pas'
Les ingénieurs du California
Institute of Technology (Caltech) ont créé un nano-robot à ADN doté d'une
main pour prélever des molécules et de deux pieds pour les emmener à l'endroit
souhaité. Les détails du système, qui pourrait à l'avenir être utilisé pour
assembler des composés chimiques ou réorganiser des nanoparticules dans des
circuits, ont été publiés dans la revue Science de septembre 2017.
Le nano-robot est fabriqué avec
une seule chaîne d'ADN et peut ‘marcher’ de manière autonome, en collectant des
molécules dans une zone d'une surface et en les plaçant dans une autre. Pour le
moment, il est un peu lent, puisqu'il faut cinq minutes pour faire un petit pas
de 6 nanomètres, mais ses créateurs espèrent accélérer ce nouveau système, qui
pourrait un jour fonctionner à l'intérieur du corps humain.
Les chercheurs aimeraient envoyer
ces robots moléculaires dans de minuscules endroits où les humains ne peuvent
pas voyager, comme le sang. Plus précisément, leur objectif était de concevoir
et de construire ce nano-robot afin d’exécuter une tâche sophistiquée : la
commande d’une cargaison – des molécules dans ce cas –.
Pour assembler le robot à ADN,
les chercheurs ont construit trois pièces : une sorte de "jambe"
avec deux "pieds" pour marcher, un "bras" avec une
"main" pour soulever la charge et un troisième segment reconnaissant
un point spécifique où la laisser, en demandant à la “main” de la relâcher. Chacun
de ces composants est constitué de quelques nucléotides dans un seul brin
d’ADN.
En principe, ces blocs de
construction modulaires pourraient être assemblés de différentes manières pour
effectuer différentes tâches. Par exemple, un robot à ADN à plusieurs bras et
mains pourrait être utilisé pour transporter plusieurs molécules à la fois.
Mais, pour le moment, les auteurs
ont fabriqué un nano-robot qui explore une surface moléculaire dans laquelle il
peut collecter deux types de molécules : un colorant jaune fluorescent et
un rose – également fluorescent –, puis les répartir dans deux régions
différentes.
L'utilisation de molécules
fluorescentes a permis aux auteurs de vérifier que les molécules finissaient
chacune à sa place. Le robot a commandé avec succès six molécules dispersées
(trois roses et trois jaunes) dans leurs zones correctes en 24 heures. Si plus
de robots étaient mis à la surface, le temps serait raccourci et la tâche serait
terminée plus tôt. Globalement, la probabilité que chaque robot ait livré le
chargement avec succès était d'environ 80%.
Nano-board
D'autre part, en utilisant les
mêmes principes physico-chimiques, l'équipe a conçu non seulement des robots,
mais également des "terrains de jeu" moléculaires pour les tester. Dans
cette étude, ils ont travaillé avec une planche carrée de 58 nanomètres sur le
côté, dans laquelle, comme s'il s'agissait de chevilles, des brins individuels
d'ADN complémentaires de ceux de la jambe et du pied du robot ont été insérés.
Cela est joint à une
"cheville" avec sa jambe et un de ses pieds. L'autre pied flotte
librement et lorsque des fluctuations moléculaires aléatoires font que ce pied
libre trouve une cheville à proximité, il tire le robot vers lui et l'autre
pied est libéré. Ce processus se poursuit avec le robot se déplaçant dans une
direction aléatoire à chaque étape.
Dans l'image : un robot à
ADN classifiant deux types de charges (à gauche) et une paire de robots à ADN
collectant des molécules fluorescentes et les plaçant sur un autre côté en
fonction de leur couleur (à droite).
Cela peut prendre une journée
entière au robot pour explorer toute la planche. En cours de route, lorsque des
molécules de charge sont attachées aux chevilles, il les saisit avec la main et
les porte jusqu'à ce qu'il détecte le signal du point de descente. Le processus
est lent, mais il permet une conception très simple de nano-machines avec une
consommation d'énergie chimique très faible.
D'autres chercheurs devraient
utiliser ces principes pour des applications intéressantes, telles que
l'utilisation d'un robot à ADN pour synthétiser un produit chimique
thérapeutique à partir de ses composants dans une usine de fabrication de
molécules artificielles, l'administration d'un médicament uniquement lorsqu'un
signal spécifique est activé dans la cellule ou flux sanguin, ou même de
classer les composants moléculaires jetables pour les recycler.
Les nano-robots peuvent
voyager à l'intérieur du corps humain
Des chercheurs de l'EPFL et de
l'ETH Zurich ont réussi à développer des nano-robots offrant l'incroyable
qualité de pouvoir transformer leur propre forme afin de s'adapter aux
situations et à l'environnement. Autrement dit, si ces robots doivent opter
pour une forme en spirale dans une certaine partie de notre circulation
sanguine, ils peuvent le faire sans problème.
La composition de ces robots le
permet. Les micro-robots sont constitués de couches d'hydrogel bio-compatible pliées
comme l'origami (technique de pliage du papier), stratégie qui, en plus d'avoir
été vue auparavant dans le monde de la bio-robotique, est souvent utilisée dans
la robotique généralisée. Les minuscules particules magnétiques sont noyées
dans le matériau et peuvent donc être expulsées de l'extérieur du corps par le
biais d'un champ électromagnétique variable.
Ces robots changent de forme en
fonction de l'environnement dans lequel ils se trouvent ; ils peuvent être
pliés et déployés à volonté, de manière à pouvoir exercer leurs fonctions plus
efficacement. L'un des exemples découverts par les chercheurs a clairement
montré que pour naviguer dans un liquide à faible viscosité, la forme idéale
était celle d'un corps en forme de tube et d'une queue plate. Si le liquide est
plus visqueux, l’idéal est que la forme du corps soit en hélice. Pour permettre
au robot de passer d’une forme à l’autre, l’équipe l’a conçu pour s’activer
avec une concentration plus élevée de saccharose.
Les robots ont une composition et
une structure spéciales qui leur permettent de s’adapter aux caractéristiques
du fluide dans lequel ils se déplacent. Par exemple, s’ils constatent un
changement de viscosité ou de concentration osmotique, ils modifient leur forme
pour conserver leur vitesse et leur maniabilité sans perdre le contrôle de la
direction du mouvement.
Pour tester les environnements
dans lesquels les nano-robots devaient se déplacer, les chercheurs ont soumis
les dispositifs en les faisant passer à travers de minces tubes en verre conçus
pour imiter les vaisseaux sanguins, où ils nageaient dans des fluides de
différentes viscosités qui s'écoulaient à des vitesses différentes.
Cette réalisation est très importante
pour diverses raisons. Pour commencer, l'offre de médicaments s'améliorerait
grandement en raison de la possibilité que ces robots atteignent toutes les
parties de notre anatomie. Même dans un avenir très lointain, ils pourraient
pratiquer des chirurgies invasives. Une avancée qui pourrait éventuellement
jeter de nouvelles bases dans l'industrie des bio-robotiques.
Médicaments intelligents :
voyage dans le corps humain
Dans le domaine médical, les
nanotechnologies ont permis la soi-disant libération contrôlée de médicaments.
Ainsi, le principe actif recherché pour atteindre une région du corps rejoint
un dispositif de taille nano-métrique qui le dirige au bon endroit. Cela
augmente son efficacité et prévient les effets secondaires dans d'autres
parties du corps.
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Les nano-tubes de carbone sont
utilisés comme véhicules dans
les médicaments intelligents |
Toutefois, ce
"nano-véhicule" doit répondre à plusieurs exigences, telles que la
résistance aux milieux biologiques, une vie moyenne relativement élevée et,
bien entendu, le manque de toxicité.
Quand cela fonctionne, le tandem
sophistiqué – substance active du médicament et du véhicule qui le transporte –est
capable de traverser les capillaires, les pores et les membranes cellulaires. En
d’autres termes, les médicaments intelligents fonctionnent comme un missile qui
capte la chaleur jusqu’à ce qu’elle atteigne sa cible. Dans ce cas, le
médicament se déplace dans le sang ou à l'intérieur des cellules jusqu'à ce
qu'il atteigne sa destination et libère totalement ou partiellement son
principe actif.
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| Nano-véhicule |
Pour cela, on utilise des nano-transporteurs
tels que les dendrimères – des molécules artificielles encapsulant un
médicament – ou des nano-tubes de carbone – de minuscules conduits de feuilles
d'atomes de carbone laminées à travers lesquelles le médicament circule –. Ces “véhicules”
incorporent des substances, par exemple des protéines, qui reconnaissent
d'autres protéines spécifiques de la cellule ou du tissu malade. Dans d'autres
cas, si le nano-transporteur est magnétique, il peut être guidé vers la zone
touchée par des champs magnétiques externes, tout comme nous déplaçons un clip
sur une surface de papier avec un aimant.
Bien que cette stratégie
ressemble à de la science-fiction, environ 200 médicaments utilisant divers
types de véhicules nano-métriques pour administration orale, intraveineuse,
inhalée ou topique sont déjà commercialisés.
Il existe d'autres propositions
telles que les thérapies thermiques à base de nanoparticules ou la médecine
régénérative à partir de nouveaux biomatériaux.
Des nanomètres pour peser les
virus et les bactéries dans la détection des maladies
Chaque virus et chaque bactérie a
une masse différente. Le simple fait de pouvoir les peser nous permettrait de
les identifier et de les distinguer et, ainsi, de détecter très tôt les
maladies qu’ils causent. Les progrès récents en nanotechnologie ont permis la
création de nouveaux dispositifs, des capteurs nano-mécaniques, qui agissent
comme des échelles à l'échelle nano-métrique, permettant de détecter ces objets
avec une précision bien supérieure aux méthodes classiques de diagnostic de ces
maladies.
La détection de ces particules
par des capteurs nano-mécaniques est obtenue en étudiant l'évolution de leurs
vibrations. Ces capteurs vibrent comme les cordes d'une guitare : lorsque
l'on appuie sur une corde d'une guitare, celle-ci vibre et les ondes sont
transmises dans l'air, ce que nous percevons comme un son. De plus, si nous
attachons un objet à la corde, elle pèsera davantage et, par conséquent, son
mouvement sera plus lent, ce qui conduira à un son plus grave. Cette différence
dans le ton du son peut être directement liée à la masse de l'objet attaché.
De la même manière, les capteurs
nano-mécaniques vibrent plus lentement lorsqu'une particule (virus ou bactérie)
leur est attachée. Ceci est facilement vérifié en collant un petit aimant sur
un diapason. Cependant, dans ces capteurs, les vibrations ne sont pas
perceptibles à l'oreille et des méthodes optiques très sophistiquées sont
nécessaires –similaires à celles utilisées pour la détection des ondes
gravitationnelles, mais à une échelle nano-métrique – pour détecter ces
modifications de la vibration du capteur.
Ces dispositifs permettent
également de mesurer une autre propriété très intéressante des particules
déposées : la rigidité. Connaître la rigidité des particules biologiques (virus,
bactéries ou cellules) peut s'avérer très utile, car d'une part, la rigidité
associée à la masse permet une identification encore plus précise des
différents virus ou bactéries. Cela pourrait également permettre de
différencier les cellules saines des cellules cancéreuses, car il a été
constaté que bien que les deux aient une masse similaire – ce qui ne leur
permet pas de se distinguer par leur masse – elles présentent une rigidité
différente : les cellules cancéreuses sont moins rigides que les cellules
saines. Enfin, la mesure de la rigidité des virus permet de distinguer leur
état de maturation et de connaître leur capacité infectieuse.
Dans un avenir pas si lointain,
ce type de capteurs sera implanté directement dans notre corps, prêt à détecter
toute infection en même temps qu’il le contractera, ce qui lui permettra d’agir
contre elle beaucoup plus efficacement.
Comment installer des micro-laboratoires
à l'intérieur de cellules vivantes
Un groupe de chercheurs du
Centre de recherche biologique (CSIC), en Espagne, dont les résultats ont
été publiés dans le magazine Small en 2010, a montré dans une série
d'expériences que la technologie actuelle permet déjà de créer des puces de
silicium, plus petites que les cellules vivantes, les introduire à leur intérieur
et interagir avec elles.
Le développement de techniques et
d'instruments de laboratoire pour analyser le fonctionnement des cellules et
des tissus a évolué à une vitesse vertigineuse au cours des 50 dernières
années. Ainsi, nous avons appris comment fonctionnent les cellules et comment
elles se détériorent avec la maladie ou avec l’âge.
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Micro-puces à l'intérieur
de cellules humaines |
Au cours des dernières années,
des scientifiques et des technologues de divers domaines – physiciens,
chimistes, biologistes, médecins, ingénieurs... – se sont unis pour atteindre un
objectif commun : intégrer des équipements de laboratoire dans la cellule
vivante et effectuer ainsi l'analyse des processus qui ont lieu au fil du temps
dans la même cellule.
Les chercheurs ont mis au point des
micro-puces en silicium, telles que celles sur ordinateur, conçues et
structurées avec précision pour inclure, par exemple, des dispositifs
mécaniques qui répondent à différentes forces ou stimuli. Ou déposer sur eux,
de manière ordonnée, différentes molécules chimiques qui agissent comme
capteurs, pouvant réagir avec d'autres molécules présentes dans la cellule et
fournir des informations.
Le prochain défi a été de prendre
ces micro-équipements, 20 à 50 fois plus petits que l'épaisseur d'un cheveu,
dans des cellules vivantes, sans impliquer la mort de la cellule ou en altérant
son fonctionnement normal.
Jusqu'à présent, cela n'a été
réalisé que par des expériences avec des cellules sur plaque de culture et au
microscope. Cependant, son application en médecine pourrait être possible dans
les années à venir, au fur et à mesure de l'évolution des appareils capables de
lire les informations qu'ils fournissent lors de leur introduction dans le
corps humain.
Les prochaines années verront le
développement de ces micro-puces nano-structurées parallèlement aux instruments
de détection, de sorte qu'il sera possible d'insérer un réseau de puces
capables de détecter, par exemple, l'apparition du glaucome dans l'œil bien
avant la perte de cellules rétiniennes ; ou introduire, dans une tumeur
inopérable, des puces nous informant en temps réel de l'efficacité du
traitement appliqué.
* *
*
Dangers et risques de la
Nanotechnologie
Malgré les progrès que la
Nanotechnologie apporte à notre vie, elle présente également d'énormes dangers
pour les êtres vivants. Les industriels travaillant à partir de ces nouvelles
technologies sont les premiers touchés. Ces dernières vont affecter dans les
années à venir beaucoup plus de personnes, car la nanotechnologie est une
science du futur : tout le monde aura la possibilité de l'exploiter. Les
conséquences de ces nouvelles technologies mettent en place de nombreux débats
où divers avis s'opposent entre progrès et environnement.
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Ce schéma d'une partie du corps humain présente
les principales zones d'accès aux nanoparticules |
Les principales entrées dans le
corps d'un être humain sont la peau, les voies respiratoires (donc les alvéoles
pulmonaires) ainsi que les organes irrigués comme le foie, les reins, etc. Et
pour les nanoparticules les plus petites, de l'ordre de 1nm, elles peuvent
passer les barrières naturelles du cerveau et ainsi atteindre différentes zones
de ce dernier. Chez des femmes enceintes, les nanotechnologies peuvent
atteindre la zone placentaire et ainsi avoir des conséquences sur le fœtus.
Cette nouvelle technologie pourra
aider dans le domaine médical mais il faudra que celle-ci soit parfaitement maîtrisée
pour éviter tout type d'accident comme un non contrôle de ces robots dans le
cerveau qui pourraient faire d'énormes dégâts.
D'autres études ont été faites
pour établir les risques que présente cette nouveauté, par exemple avec
l'inhalation de nano-tube de carbone (ces nano-tubes se définissent comme étant
un filament présentant une résistance 100 fois supérieure à celle de l'acier,
et cela avec une résistance peu commune aux hautes températures). L'AFSSET
(L'Agence Française de Sécurité Sanitaire de l'Environnement et du Travail) a
démontré que l’inhalation de nano-tubes de carbone supprimait certaines
fonctions immunitaires chez des souris. Pendant quatorze jours, à mesure de six
heures par jour, des souris ont été respectivement exposées à des
concentrations de nano-tubes de carbone de 1 mg/m3.
Ces individus soumis à cette dose
ont présenté une perte de leurs défenses immunitaires. Même si le système
immunitaire de l'homme est certainement plus résistant, on déduit que le
système immunitaire peut être plus résistant. Mais si le nano-tube de carbone se’ dégrade il pourra ainsi
laisser passer plusieurs sortes de virus, infections, etc.
Il serait important de développer
parallèlement à ces nanotechnologies des systèmes de contrôle afin d'en garder
la maîtrise. C'est également le sujet de nombreux débats aujourd’hui.
