Risques pour la santé liés aux nanotechnologies : comment les nanoparticules peuvent causer des dommages aux poumons et comment les dommages peuvent être bloqués.
- Date : 11 juin 2009
- Source : Oxford Univerty Press
- Article original ici
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Des scientifiques ont identifié pour la première fois un mécanisme par lequel les nanoparticules provoquent des lésions pulmonaires et ont démontré qu'il est possible de les combattre en bloquant le processus en cause, ce qui constitue un pas en avant pour répondre aux préoccupations croissantes concernant la sécurité des nanotechnologies.
La nanotechnologie, la science de l'extrêmement petit (un nanomètre est un milliardième de mètre), est une industrie émergente importante avec un marché annuel prévu d'environ un trillion de dollars US d'ici 2015. Elle implique le contrôle des atomes et des molécules pour créer de nouveaux matériaux dotés de diverses fonctions utiles, dont beaucoup pourraient être exceptionnellement bénéfiques en médecine. Toutefois, on craint de plus en plus qu'elle n'ait des effets toxiques, notamment sur les poumons. Bien que les nanoparticules aient été associées à des lésions pulmonaires, la manière dont elles les provoquent n'est pas claire.
Dans une étude publiée en ligne le 11 juin dans le nouveau Journal of Molecular Cell Biology, des chercheurs chinois ont découvert qu'une catégorie de nanoparticules largement développée en médecine - les dendrimères de ployamidoamine (PAMAM) - provoque des lésions pulmonaires en déclenchant un type de mort cellulaire programmée connu sous le nom de mort cellulaire autophagique. Ils ont également montré que l'utilisation d'un inhibiteur de l'autophagie empêchait la mort cellulaire et contrecarrait les dommages pulmonaires induits par les nanoparticules chez les souris.
"Cela nous fournit une piste prometteuse pour élaborer des stratégies de prévention des lésions pulmonaires causées par les nanoparticules. La nanomédecine est extraordinairement prometteuse, en particulier pour des maladies telles que le cancer et les infections virales, mais les problèmes de sécurité ont récemment attiré une grande attention et, la technologie évoluant rapidement, nous devons commencer dès maintenant à trouver des moyens de protéger les travailleurs et les consommateurs de tout effet toxique qui pourrait en découler", a déclaré le responsable de l'étude, le Dr Chengyu Jiang, biologiste moléculaire à l'Académie chinoise des sciences médicales de Pékin, en Chine.
Le premier nanomatériau a été mis au point par des scientifiques allemands en 1984. Les nanomatériaux sont désormais utilisés dans divers produits, notamment les articles de sport, les cosmétiques et l'électronique. Le fait que des propriétés physiques, chimiques et biologiques inhabituelles puissent apparaître dans les matériaux à l'échelle nanométrique les rend particulièrement intéressants pour la médecine. Les scientifiques espèrent que les nanoparticules seront capables d'améliorer l'efficacité des médicaments et de la thérapie génique en les transportant au bon endroit dans le corps et en ciblant des tissus spécifiques, en régulant la libération des médicaments et en réduisant les dommages causés aux tissus sains. Ils envisagent également la possibilité de mettre au point des nanodispositifs implantables qui détecteraient les maladies, les traiteraient et informeraient automatiquement le médecin depuis l'intérieur du corps. La Food and Drug Administration américaine a approuvé certains nanomédicaments de première génération. Un exemple est Abraxane, une nanoformulation du paclitaxel, une chimiothérapie anticancéreuse.
Les lésions pulmonaires constituent la principale préoccupation en matière de toxicité humaine liée aux nanotechnologies, des études ayant montré que la plupart des nanoparticules migrent vers les poumons. Toutefois, le risque de dommages à d'autres organes suscite également des inquiétudes.
Dans l'étude, les chercheurs ont d'abord montré, par le biais de plusieurs expériences indépendantes, que plusieurs types de PAMAMs tuaient des cellules pulmonaires humaines en laboratoire. Ils n'ont observé aucune preuve que les cellules mouraient par apoptose, un type courant de mort cellulaire programmée. Ils ont toutefois constaté que les particules déclenchaient la mort cellulaire autophagique par la voie de signalisation Akt-TSC2-mTOR. L'autophagie est un processus qui dégrade les matériaux endommagés dans une cellule et joue un rôle normal dans la croissance et le renouvellement des cellules, mais les scientifiques ont découvert que parfois une suractivité de ce processus de destruction entraîne la mort cellulaire.
Les chercheurs ont également constaté que le traitement des cellules avec un inhibiteur de l'autophagie connu sous le nom de 3MA inhibait significativement le processus, augmentant le nombre de cellules qui survivaient à l'exposition aux nanoparticules.
"Ces résultats, pris ensemble, montrent que l'autophagie joue un rôle essentiel dans la mort cellulaire induite par les nanoparticules", a déclaré le Dr Jiang.
Les scientifiques ont ensuite testé leurs résultats sur des souris. Ils ont constaté que l'introduction des nanoparticules toxiques augmentait considérablement l'inflammation pulmonaire et le taux de mortalité chez les souris, mais que l'injection aux souris de l'inhibiteur d'autophagie 3MA avant l'introduction des nanoparticules améliorait considérablement les lésions pulmonaires et le taux de survie.
"Ces expériences indiquent que l'autophagie est effectivement impliquée dans les lésions pulmonaires causées par ces nanoparticules et que l'inhibition de ce processus pourrait avoir des effets thérapeutiques", a déclaré le Dr Jiang. "Nous devrons probablement chercher d'autres nouveaux inhibiteurs pour bloquer les dommages pulmonaires, car ce composé particulier n'est pas stable chez l'homme, mais cela nous donne pour la première fois une piste prometteuse."
"Notre étude a permis d'identifier le principe de développement de tels composés. L'idée est que, pour augmenter la sécurité de la nanomédecine, on pourrait développer des composés qui pourraient soit être incorporés dans le nanoproduit pour protéger contre les dommages pulmonaires, soit donner aux patients des pilules pour contrecarrer les effets", a déclaré le Dr Jiang, ajoutant que les résultats pourraient également fournir des informations importantes sur la façon dont les nanopaticules provoquent d'autres effets toxiques.
Il n'est pas certain que d'autres types de nanoparticules provoquent des lésions pulmonaires par le même mécanisme, mais certaines pourraient le faire, a déclaré le Dr Jiang. Les recherches du groupe suggèrent également que le blocage de la mort cellulaire autophagique pourrait peut-être être utile pour combattre d'autres causes de lésions pulmonaires.
Journal Reference:
- PAMAM nanoparticles promote acute lung injury by inducing autophagic cell death through the Akt-TSC2-mTOR signalling pathway. Journal of Molecular Cell Biology, DOI: 10.1093/jmcb/mjp002
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