NANOPARTICULES ET PEDIATRIE

NANOPARTICULES ET PEDIATRIE : Les nanoparticules et enjeux du futur

Prof. Nadine MILLOT

Laboratoire Interdisciplinaire CARNOT de Bourgogne

Département « Nanosciences »

L’utilisation des nanoparticules en santé connaît un essor particulièrement exceptionnel ces dernières années. Des nanograins sont associés à des molécules organiques pour « vectoriser » des médicaments (chimiothérapie, anti-inflammatoires…). Des nanoparticules sont également utilisées comme agent de contraste en imagerie médicale, notamment en IRM ; plus récemment, les enjeux concernent l’imagerie multimodale, c’est-à-dire l’association de deux techniques d’imagerie complémentaires, pour améliorer le diagnostic, comme le couplage de l’IRM et de la TEP (scintigraphie), les nanomatériaux doivent aussi relever ce défi. Les nanoparticules sont également développées comme agents thérapeutiques. Dans ce dernier cas, les nanoparticules, via des phénomènes physiques émanant de leur composition et/ou de leur taille, vont par exemple conduire à la destruction de cellules cancéreuses par hyperthermie ou radiosensibilisation.

Un bref état de l’art sera ainsi présenté avec notamment les travaux d’un laboratoire de nanomédecine pédiatrique implanté aux USA et les derniers essais cliniques engagés (notamment en France). Les résultats récents obtenus par le département Nanosciences de Dijon seront également présentés, ils concernent les conclusions d’une étude préclinique sur la radiosensibilisation de cancers induite par des nanotubes de titanate ; les travaux relatifs à des nanoparticules d’oxydes de fer actives à la fois en IRM et en TEP seront également exposés.

Les notions de « risque nano » seront également abordées avec notamment un bilan sur les connaissances actuelles en terme de toxicité et de biodistribution.

Nanoparticules d’oxyde de fer théranostiques couplées à des radioélements pour permettre leur détection en scintigraphie.

[1] L. Maurizi, A.L. Papa, L. Dumont, F. Bouyer, D. Vandroux, P. Walker, N. Millot, J. Biomed. Nanotechnol. 11, 126–136 (2015)

[2] A.L. Papa, L. Dumont, D. Vandroux, N. Millot, Nanotoxicology 7 (6), 1131 (2013)

[3] C. Mirjolet, A.L. Papa, G. Créhanges, O. Raguin, G. Truc, P. Maingon, N. Millot, Radioth. Oncol. 108, 136 (2013)

[4] C. Mirjolet, J. Boudon, A. Loiseau, S. Chevrier, T. Gautier, R. Boidot, J. Paris, N. Millot, G. Créhange, Eur. J. Cancer 50 (6), 67 (2014)

[5] A.L. Papa, J. Boudon, V. Bellat, F. Sallem, A. Loiseau, R. Chassagnon, V. Bérard, N. Millot, Dalton Trans. 44, 739-746 (2015)

[6] J. Paris, Y. Bernhard, J. Boudon, N. Millot, R. Decréau, RSC Adv. 5, 6315-6322 (2015)

[7] Book Chapter « Titanate nanotubes as a versatile platform for nanomedicine » J. Boudon, A.L. Papa, J. Paris, N. Millot, Nanomedicine, One Central Press, UK (2014)

[8] International pattern «Nanostructure à base de titanate pour la régénération et l’ingénierie tissulaire», WO 2014/079890 A1, N. Millot, D. Vandroux, V. Bellat

 

 

 

Pr Alain CALENDER

L’épigénétique, un médiateur incontournable de la relation génotype – phénotype dans les maladies humaines

Pr. Alain CALENDER

Oncologie et Génétique

Hôpital Edouard Herriot

Hospices Civils de LYON 

L’épigénétique correspond à l’étude de toutes les modifications du génome et de son expression, héritables ou non, et qui ne sont pas liées à un changement de la structure primaire de la séquence d’ADN. Au-delà des mécanismes biologiques qui concernent toutes les phases de la vie cellulaire, du développement au cycle cellulaire, de la réparation des erreurs de réplication de l’ADN génomique au vieillissement et à la réponse aux stress, l’épigénétique peut être considérée comme une vaste zone d’interface entre le génome et l’environnement, tous facteurs confondus, et ce, dans toutes les maladies humaines. Sa compréhension est le challenge du XXI^ème siècle, après la découverte de la structure primaire des quelques 23000 gènes humains. Nous aborderons les aspects théoriques de l’épigénétique au cœur de la chromatine et de la régulation de l’expression des gènes, notamment par le code des histones, et examinerons à travers quelques exemples les conséquences en termes d’expression du phénotype dans certaines affections pédiatriques. Les retards mentaux liés à une instabilité génomique (exemple du X-fragile), les pathologies liées à une anomalie du développement cérébral (troubles du spectre autistique, maladies neuropsychiatriques) et le cancer représentent à ce jour les domaines les plus représentatifs des conséquences concrètes de l’épigénétique dans la prise en charge des patients. Une connaissance parfaite des mécanismes de l’épigénétique, gène par gène, ou pour chaque  réseau fonctionnel (ou network), est absolument essentielle au développement de nouvelles thérapies ciblées.

 

Métabolomique – fluxomique « Acides aminés d’hier et de demain

       « Cas de la Taurine » « implication dans quels domaines »

Pr Benjamin RAKOTOAMBININA

Université Antananarivo –collaboration CHU Necker -UMR Nantes

Parallèlement au développement du projet Génome Humain dans les années 90, le XXI siècle est et sera de plus en plus marqué par le développement de l’ère omique (Omics). Il en dérive plusieurs domaines d’applications déclinés selon une dénomination construite de la même façon : le radical de la discipline scientifique suivi du suffixe omique tel génome ensemble des gènes) d’où génomique, le protéome (ensemble de protéines). d’où protéomique. Si la transcriptomique mesure les niveaux de transcription des mRNA, la métabolomique couvre l’étude du métabolisme à travers l’identification détaillée et la quantification de ses sous-produits biochimiques appelés les métabolites cellulaires des biofluides, des cellules; des tissus et des organes chez le vivant. La fluxomique est la science qui définit le turnover des molécules, leurs flux cinétiques ou encore les vitesses réelles des réactions biochimiques opérationnelles in vivo de tout un réseau des voies métaboliques d’un système biologique. La fluxomique requiert à la fois une expérimentation utilisant un marquage isotopique (de préférence par des isotopes stables pour les groupes éthiquement protégés tel nouveaux nés, prématurés, femmes enceintes) et une modélisation mathématique pour le calcul des vitesses. La méthode de mesure des isotopomères pour la fluxomique se base sur une plateforme analytique centrée principalement sur un tandem i.e., résonance nucléaire magnétique (NMR) et la spectrométrie de masse (MS ou MS/MS). Le lien avec la science de la nutrition est tout à fait naturel tant pour les études chez l’homme sain que le malade; donc il s’ensuit une meilleure compréhension des maladies.

Cette approche de la dynamique complexe des métabolites et de toutes les interactions métaboliques et régulatrices au sein de l’organisme peut se sectoriser sur un type de métabolisme, par exemple celui des lipides ou des protéines et de là les acides aminés (aa)

Une vingtaine d’acides aminés sont présents dans l’organisme humain, soit sous forme libre (<2 %), soit sous forme liée, incorporés dans les protéines (98 %). L’expérience princeps réalisée au milieu du XXe siècle par Rose a permis d’identifier les aa essentiels, non essentiels puis conditionnement essentiels, basé sur le seul bilan azoté, supplanté actuellement par les données issues des méthodes des flux isotopiques. Avec l’émergence de la fluxomique, les flux de nombreux acides aminés sont connus, la détermination de la synthèse, de la dégradation protéique et de leur oxydation rendue possible. Les flux de la plupart des acides aminés non essentiels tel la glutamine (flux mesuré à 400 à 500 µmol/kg par heure).sont plus élevés que ceux des acides aminés essentiels pour lesquels les flux sont corrélés à leur abondance dans les protéines musculaires. Par contre, certains acides aminés non essentiels ont des flux de production faibles. Ils font l’objet de regain d’intérêt, d’où leur émergence comme c’est le cas de l’Arginine-la Citrulline et la Cystéine – Taurine.

1. i) le couple arginine-citrulline

La première est connue pour sa relation avec le monoxyde d’azote (Prix Nobel Médecine 1998) et son rôle dans l’immunité , son flux est 60 à 80 µmol/kg par heure); la seconde étant un acide aminé non protéinogénique. Non apportée par la nourriture sauf par la pastèque, en conséquence, toute notre citrulline doit être synthétisée à partir de la destruction intestinale de divers autres acides aminés comme la Glutamine et l’Arginine. Son flux est environ 10 µmol/kg par heure comparé au flux de la leucine de 100 µmol/kg par heure. Des multiples rôles jusqu’alors insoupçonnés sont dévoilés comme son statut d’antioxydant majeur; de stimulant immunitaire, de précurseur de l’arginine, et de marqueur de la fonction intestinale. La citrulline est promise à de larges perspectives pharmacologiques et à un rôle de biomarqueur émergent pour le futur(Kaore SN).

1. ii) le couple cystéine-taurine

La première est connue pour être un acide aminé sulphuré non essentiel, synthétisé à partir de la méthionine, seul acide aminé soufré indispensable chez l’adulte sain. Son flux peut atteindre 40 à 55 µmol.kg-1.h-1. La supplémentation en cystéine corrige le déficit en glutathion, un tripeptide antioxydant de référence.

la seconde est un acide aminé non protéinogénique, dit sulfonique. La taurine est issue de la dégradation des acides aminés soufrés que sont la cystéine et la méthionine. La taurine est présente dans l’ensemble des tissus, plus particulièrement à une concentration élevée au niveau des tissus électriquement excitables: le cerveau, la rétine et le myocarde.

Elle a un turnover très lent. L’intérêt de la taurine est revu dans la mixture des laits et des laits maternisés en pédiatrie. A présent, on ne peut plus limiter son rôle archi-connu à la conjugaison des sels biliaires, d’autres effets ont été mis en évidence, jusqu’à la trouver incluse dans la composition des boissons énergisantes.

La taurine joue un rôle majeur pour l’organisme, elle est impliquée dans un large éventail de fonctions biologiques et physiologiques: l’osmorégulation, la stabilisation de membrane, la modulation de calcium, l’anti-oxydation, et l’immuno-modulation. Les vertus mais aussi risque de la taurine seront brièvement évoqués.

Conclusion

Au départ ces anciens acides aminés, relégués au deuxième rang de non essentialité, viennent occuper le devant de la scène de la recherche en nutrition bénéficiant de la technologie émergente des Omics. D’autres rôles sont élucidés, leur conférant le qualificatif d’aa à effet pléiotrope. Les recherches s’orientent de plus en plus vers la compréhension des mécanismes moléculaires de ces acides aminés dits fonctionnellement essentiels ou considérés comme pharmaco-nutriments. ou immuno-nutriments. La tendance de la nutrition entérale/parentérale tend vers la supplémentation par une formule combinant à des degrés divers des substances immuno-
stimulatrices ou immuno-modulatrices selon le cas : Glutamine, Arginine, Citrulline et Taurine, Acide Gras Omega-3, voire des Nucléotides, d’un intérêt avéré et majeur dans les situations critiques d’agression, choc, sepsis… exposant souvent à un stress oxydant majeur.

 

CONGRES APSP DIJON 2015

A l’occasion du 2^nd. Congrès de l’Association des Pédiatres du Sud de Paris, qui a eu lieu  à DIJON, le 14-15 juin  2015, beaucoup de nouvelles données de la science nous ont été transmises par :

 

le Pr Nadine MILLOT, chef du Département de Nanosciences de l’université de Bourgogne,

le Pr  Alain CALENDER, Chef du département de Biologie Moléculaire des Hospices de Lyon,

le Pr Benjamin Rakotoambinina de l’Université de Nantes et de Antananarivo

et le Pr Monique DUMAS, Vice-président de recherche de l’Université de Bourgogne.

 

Trois sujets de recherche dans les domaines des Nanoparticules, de  l’Épigénétique et  de la vitesse de fluides des Acides Aminés.

 

La complexité des éléments et des données  a été éclairée par la compétence des orateurs. Comprendre, de façon simple, l’impact de l’utilisation des nanoparticules en  diagnostique et en  thérapie et les conséquences sur l’avenir,  l’importance et la portée de l’épigénétique dans toutes les maladies humaines, et la vitesse de mouvements  moléculaires, dans l’action et les réactions tissulaires et métaboliques.

Quelques bribes des séances seront toujours les bienvenues.

Après nous avoir montré en image l’échelle du métrage, le Pr Millot, nous a plongé dans le NANOMONDE.

Nous avons bien compris que le Nanomonde  était situé  entre la taille d’une molécule et la taille de l’ADN. Entre 1 et 100 nm. Une réalité qui reste toujours virtuel. !

En résumé :

Un Nomatériau :

c’est un matériau granulaire dont les grains font entre 1 et 100 nm

Une Nanoparticule :

est définie par la norme ISO TS/27687 comme un nano-objet dont les trois dimensions sont à l’échelle nanométrique, c’est-à-dire une particule dont le diamètre nominal est inférieur à 100 nm environ

Nano = 10 -9    = 1 milliardième

Exemples de Nanoparticules :

ZnO,

Al(OH)3

CeO₂

TiO_2O

Oxydes de fer Fe3(1-d)O4

Titanate nanotubes: TiONts

 

_{Pr Nadine Millot.}

 

Les Nanoparticules peuvent être fabriquées par l’homme, mais elles font aussi  partie de notre environnement.

L’air chargé contient  10000 nanoparticules par cm3. 10 % sont  le produit des activités humaines et 90%  proviennent  de la nature : érosion, biomasse, sels marins, poussières volcaniques, cosmiques etc.).

La contamination  peut  être  aiguë ou Chronique. Elle s’est fait par voie cutanée, respiratoire ou par voie digestive.

Par voie respiratoire le risque dépend  de leur taille.

De 5 à 100 nm, 18 %   se trouveront dans les alvéoles, 4 % dans l’arbre bronchique, 3% en extra-thoracique et 75% seront expulsées.

En suite, elles passeront dans le  torrent circulatoire  en fonctions des facteurs intrinsèques :   dimension,  solubilité, surface, forme, structure, composition chimique et  la  façon de s’agglomérer.

Réduction des risques 

Comment  réduire les risque de dissémination lors  de l’utilisation des nanoparticules  à de fins thérapeutiques:

• Introduisant les nanoparticules dans une matrice solide (nanomatériaux)
• Ou en suspension dans une matrice liquide (nanofluide)

Par contre, elles deviennent très dangereuses lorsqu’elles sont en état de poudre.

Domaines d’application bio-Médicale

Oxydes de Fer dans l’Imagerie Médicale Multimodale

Nanotubes de Titane comme nouveaux radio-sensibilisants dans le Glioblastome et le cancer de la Prostate

Ces nanotubes de Titane, expérience Dijonnaise, sont de nouveaux vecteurs pour la radiothérapie du cancer de la prostate.

Un nanomédicament issu de la recherche :  le DOCETAXEL

La vectorisation de cette molécule a pour objectif  de limiter les effets délétères des Taxanes Pp

Pr Nadine MILLOT

 

 

 

Une réflexion sur ces données 

Il était important  de bien comprendre les conséquences de l’utilisation de ces nanoparticules. Une question serait-elle  pertinente : entre les bénéfices et les risques une balance en équilibre serait-elle  nécessaire compte tenu du développement  biotechnologique impressionnant que nous connaissons aujourd’hui ? Ne serait-il préférable de la faire décliner  vers les risques, en les mesurant bien sûr,  que de ne rien y  essayer ?

Malgré les conséquences liées à l’utilisation des nanoparticules,  la science doit  avancer, en mesurant, évaluant , limitant ces risques, les connaitre et en fin les éviter. Un long chemin que la recherche connais très bien.

Article rédigé par le Président de l‘APSP.