La Nanoparticule d'or

II) Les nanoparticules d'or

          1) Historique

            Il y a  quelques années, Naomi Halas, professeur de chimie et d'ingénierie électrique et Jennifer West, professeur de bio-ingénierie ont mis au point le principe de la nanoparticule d'or. Il s'agit de billes de silice enrobées d'or pas plus grosses que quelques dizaines de millionièmes de millimètre. Grâce à de nombreuses expériences, Jennifer West et Naomi Halas ont ainsi remarqué que sous l'effet d'un laser, ces nanoballes émettent à leur tour de la lumière, mais dans une longueur d'onde différente, laquelle varie avec une précision selon le rapport entre la taille du noyau de silice et l'épaisseur de la couche d'or. Ce phénomène physique est connu depuis les années 1950 sous le nom de résonance plasmonique mais personne n'était encore parvenu à l'observer sur des objets de cette composition. Autre observation étonnante: aux fréquences lumineuses proches de l'infrarouge (autour de 800 nanomètres), le rayonnement peut traverser les tissus biologiques car ils sont transparents à ces fréquences. Il apparaît donc possible de chauffer les nanoparticules à distance, à l'intérieur du corps.

Nanoparticules d'or dans le sang

 

2) Les nanoparticules d'or dans le traitement du cancer

                        a) La photothermie ou hyperthermie

            En laboratoire, on crée artificiellement des anticorps reconnaissant spécifiquement une protéine de surface de la cellule cancéreuse. Un anticorps est une protéine utilisée par le système immunitaire pour détecter et neutraliser une molécule (antigène) de manière spécifique. A ces anticorps, on attache des nanoparticules d'or. On injecte l'ensemble en intraveineux. Grâce à la spécificité des anticorps, ceux-ci vont localiser et s'attacher aux cellules cancéreuses uniquement. Les particules d'or sont ainsi situées spécifiquement au niveau de la tumeur.

            La prochaine étape consiste à apporter de l'énergie aux nanoparticules d'or, pour faire entrer ces dernières en résonance. La résonance est un niveau  d'énergie particulièrement élevé que l'on obtient en apportant de l'énergie à une fréquence spécifique de la nanoparticule. On apporte de l'énergie à l'aide d'un laser. Quand les particules d'or entrent en résonance, elles se mettent à vibrer toutes ensemble. Ceci crée de la chaleur et augmente localement la température. Les cellules en dehors de la tumeur sont épargnées de cette chaleur.

 

La chaleur va léser la tumeur de trois manières :

            - premièrement, elle va provoquer la mort cellulaire en perçant des trous dans la membrane cytoplasmique des cellules cancéreuses. Cela provoque un déséquilibre des fluides intra et extracellulaires,  et l'explosion de la cellule.

            - deuxièmement, elle dénature l'ADN. L'ADN est indispensable aux mitoses des cellules cancéreuses, un ADN défectueux empêche la réplication des cellules et donc la croissance de la tumeur. De plus, les lésions de l'ADN vont conduire à des dysfonctionnements de la cellule et donc sa mort.

            - troisièmement, elle va empêcher la formation de nouveaux vaisseaux; en effet, la dangerosité des tumeurs provient de leur capacité à construire leurs propres vaisseaux, augmentant leur irrigation sanguine et donc leur apport de nutriments. En dénaturant l'ADN des cellules, leur différenciation en vaisseaux sanguins est impossible. La cellule cancéreuse, privée de ses apports, sera plus vulnérable et mourra.

 

            Dans ces trois situations, les cellules saines sont protégées car les anticorps ne se sont fixés que sur les cellules cancéreuses. Ce traitement est extrêmement intéressant car il n'y aura pas d'effet secondaire.

 

            Comme nous le montre le graphique ci-dessous, nous pouvons voir que la photothermie est le seul traitement réellement efficace menant à la disparition définitive de la tumeur.

Graphique présentant le volume des tumeurs en fonction des jours

 

                        b) Vectorisation

            Le principe de l'anticorps est conservé sauf qu'ici la particule d'or ne sert que de vecteur. On crée des anticorps spécifiques d'une protéine de la membrane de la cellule cancéreuse, on leur attache une particule d'or à laquelle on lie une molécule de chimiothérapie.

            La chimiothérapie regroupe un ensemble de traitements du cancer; on l'utilise déjà largement. Cependant, la chimiothérapie employée actuellement n'est pas ciblée; elle est administrée en intraveineuse, et ce traitement extrêmement toxique détruit toutes les cellules sans distinction : les cellules saines sont elles aussi touchées, ce qui est à l'origine de tous ses effets secondaires.

            Ici, les molécules de chimiothérapie sont amenées spécifiquement au contact des cellules cancéreuses uniquement grâce aux anticorps. Les cellules saines sont épargnées.

 

            3) Discussion

                        a) Avantages

            Le premier avantage est la spécificité d'action grâce aux anticorps se fixant exclusivement sur les cellules cancéreuses. En épargnant les cellules saines, on évite la majorité des effets secondaires habituellement dus au traitement du cancer.

            La toxicité de ce traitement est moindre car il n'y a pas ou peu d'utilisation de produits chimiques. Dans le cas de la photothermie, la mort des cellules est provoquée par une augmentation de la température; les risques toxiques sont limités. Quant à la vectorisation, elle permet d'utiliser une quantité infime de produits toxiques.

            La production des nanoparticules d'or et des anticorps génère peu de déchets. Ainsi, c'est une alternative écologique à d'autres traitements plus polluants.

            De plus, ces techniques sont relativement peu coûteuses comparées aux chimiothérapies, extrêmement onéreuses. L'or peut sembler être un métal précieux, mais les quantités utilisées sont infimes et reviennent peu cher.

            L'or est préférable à d'autres métaux pour les raisons suivantes :

            - L'or est le métal le plus électronégatif, il offre donc une grande résistance à l'oxydation. Il sera donc plus difficilement dégradé par les défenses de l'organisme.

            - L'or est aussi très inerte (qui ne réagit pas) chimiquement, inaltérable et inoxydable.

            - À cela s'ajoute, l'utilisation actuelle de son aptitude à être "biofonctionnalisé", c'est-à-dire à absorber à sa surface des protéines anticorps ou antigènes. On peut donc aisément l'attacher aux anticorps en laboratoire.

 

                        b) Limites

            A l'heure actuelle, ces méthodes n'ont été testées que sur la souris et le lapin. Malgré des résultats extrêmement encourageants, ces traitements doivent encore faire leurs preuves chez l'homme. La communauté scientifique souhaiterait passer au plus vite aux essais sur l'Homme.

            Certaines études ont montré une variabilité de l'efficacité selon les tumeurs : en effet, pour certains types de cancer, tels que le mélanome (cancer des cellules responsables de la pigmentation de la peau), les tests pratiqués sur la souris ont été moins concluants. Cela vient d'une plus grande difficulté des anticorps à se fixer sur les cellules cancéreuses.

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