Nano contre le Corona ?

Les structures de la taille d'un nanomètre sont-elles trop petites pour être vues ? – Avec des microscopes spéciaux, c'est aujourd'hui possible : système de microscopie basé sur l'éclairage structuré (N-SIM, Nikon), résolution jusqu'au niveau inférieur du nanomètre grâce à la reconstruction optique stochastique (N-Storm, Nikon), microscope de recherche particulièrement ergonomique, microscope inversé comme base pour les techniques de super-résolution (N-Dtorm N-SIM). (Image : Nikon)

Les structures de la taille d'un nanomètre sont-elles trop petites pour être vues ? – Aujourd'hui, grâce à des microscopes spécialisés : système de microscopie basé sur l'éclairage structuré (N-SIM, Nikon), résolution atteignant le bas du nanomètre grâce à une reconstruction optique stochastique (N-Storm, Nikon), microscope de recherche particulièrement ergonomique, microscope de recherche inversé comme base pour les techniques de super-résolution (N-Dtorm N-SIM). (Image : Nikon)

Les structures de la taille d'un nanomètre sont-elles trop petites pour être visibles ? – Grâce à des microscopes spéciaux, c'est aujourd'hui possible : système de microscopie basé sur l'éclairage structuré (N-SIM, Nikon), résolution atteignant le bas du domaine nanométrique grâce à la reconstruction optique stochastique (N-Storm, Nikon), microscope de recherche particulièrement ergonomique, microscope de recherche inversé comme base pour les techniques de super-résolution (N-Dtorm N-SIM). (Image : Nikon)

Les structures de la taille de nanomètres sont-elles trop petites pour être vues ? – Avec des microscopes spéciaux, c'est aujourd'hui possible : système de microscopie basé sur l'éclairage structuré (N-SIM, Nikon), résolution atteignant le bas du nanomètre grâce à la reconstruction optique stochastique (N-Storm, Nikon), microscope de recherche particulièrement ergonomique, microscope inversé comme base pour les techniques de super-résolution (N-Dtorm N-SIM). (Image : Nikon)

Nous connaissons l'oxyde de fer comme de la rouille, que nous essayons d'éviter. Mais l'oxyde de fer nano est un agent de contraste puissant pour les procédures d'imagerie médicale. Le graphène nano offre notamment la base pour de nouveaux détecteurs infrarouges à distance – et enfin : les vaccins à base de nanoparticules pourraient rendre le virus Sars-CoV-2 inoffensif.

Les vaccins vivants présentent un risque pour la sécurité, car ils peuvent revenir à leur état virulent. Les vaccins inactivés sont comparativement moins puissants et s'avèrent plus complexes à produire. La nanobiotechnologie offre des solutions pour remédier à ces deux faiblesses des vaccins conventionnels.

Les nanoparticules utilisées dans ce contexte ressemblent en forme et en taille à un virus, ce qui leur permet d'être particulièrement bien entourées par des cellules présentant des antigènes. Ces dernières activent à leur tour la réponse immunitaire spécifique souhaitée. Une particularité de nombreux vaccins à nanoparticules : les épitopes, c'est-à-dire les fragments de molécules déclenchant la réponse immunitaire d'un antigène, se répètent (épitope répétitif) – ce qui facilite leur reconnaissance.

Les nanoparticules à base de vaccins ne sont pas entièrement nouvelles. Déjà en 1986, un vaccin contre l'hépatite B a été approuvé. Aujourd'hui, il existe différentes possibilités. Par exemple, des particules de 1 à 1000 nanomètres peuvent servir de matériaux porteurs, comme dans le vaccin contre l'hépatite B.

Un des concepts les plus prometteurs est cependant réalisé par l'entreprise de Riehen, Alpha-O Peptides, dans ses nanoparticules protéiques auto-assemblantes. Les protéines utilisées s'assemblent en raison d'interactions hydrophobes et ioniques pour former des nanoparticules protéiques. Des structures primaires en hélice alpha se forment, qui, par un fort enchevêtrement, forment des structures « superspiralisées ». Il a été possible de construire sur cette base une plateforme de nanoparticules pour vaccins, une sorte de structure de base avec une certaine symétrie et taille (plus précisément, une symétrie dodécaèdre-icosaèdre, taille de particules : 16–25 nm, semblable à un capside virale). Cette structure de base peut être adaptée pour lutter contre différents virus (par exemple, en choisissant différents épitopes).

Alpha-O Peptides a déjà un vaccin contre le paludisme en phase de développement (statut : essais cliniques chez l'humain, phase I/IIa aux États-Unis) et a maintenant développé un autre contre le virus Sars-CoV-2. Il est actuellement testé chez l'animal pour voir s'il stimule réellement la production d'anticorps et si ceux-ci peuvent finalement rendre le virus inoffensif.

Vaccin nano à deux composants plus confortable

Un autre vaccin innovant, déjà testé chez les macaques, repose sur la réplication d'ARN (repRNA). Avantage : il stimule fortement la production d'anticorps sans avoir besoin de pénétrer dans le noyau cellulaire. Inconvénient : en dehors des cellules, la repRNA est rapidement dégradée par des enzymes.

Ce défaut peut cependant être compensé en emballant la substance active dans des nanoparticules protectrices spéciales, appelées « Lipid InOrganic Nanoparticles » (Lions). Si le candidat HDT-301 s'avère réussi lors des essais cliniques, on disposerait d'un vaccin à deux composants ; ceux-ci pourraient être produits séparément de manière pratique et combinés au chevet du patient – prêt à être injecté.

Nanoparticules d'oxyde de fer pour l'imagerie combinée IRM/CT

Une autre application médicale de la nanotechnologie concerne l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Elle exploite le fait que les temps de relaxation des noyaux d'hydrogène excités diffèrent selon les tissus, créant ainsi un « contraste ». En enrichissant sélectivement avec des nanoparticules d'oxyde de fer, ce phénomène peut être finement contrôlé pour une imagerie plus précise. Ces nanoparticules modifient la relaxation des noyaux d'hydrogène excités dans leur environnement.

De nombreuses idées vont bien au-delà. Par exemple, il est possible d'incorporer des nanoparticules d'oxyde de fer dans des nanoparticules polymères. Sous forme de nanoparticules « core/shell » de grande production, comme les « Fe3O4@MAOETIB », elles peuvent être utilisées à la fois pour l'IRM et la tomodensitométrie (CT). En tant que agents de contraste doubles pour des examens combinés CT/IRM, elles ont un grand potentiel pour simplifier la visualisation des tumeurs.

Dans le domaine de la spectroscopie infrarouge, de fines structures de graphène offrent une nouvelle approche pour des détecteurs améliorés. Il s'agit de détecteurs de rayonnement infrarouge lointain avec des nanobandes de graphène comme élément photosensible, associés à du phosphore noir et de l'arsenic. Des chercheurs du laboratoire de matériaux 2D et de nanotechnologies de Moscou voient la possibilité de remplacer tous les détecteurs infrarouges lointains et terahertz par de tels détecteurs – un défi passionnant. Les capteurs infrarouges sont utilisés dans des domaines aussi variés que la vision nocturne, les télécommandes, les systèmes de ciblage et les capteurs de battements cardiaques, mais aussi – comme alternative aux rayons X – dans les scanners de bagages.

Synthèse massive de nanobâtonnets complexes

Pour prédire les propriétés optiques, catalytiques ou magnétiques de nanoparticules à la structure complexe, on utilise aujourd'hui volontiers l'intelligence artificielle. Cela fonctionne si bien que la conception de nouveaux matériaux n'est plus le goulot d'étranglement, mais la synthèse massive d'une multitude de candidats performants, imaginés par ordinateur. Avec des appareils de laboratoire standard, il est désormais très simple et rapide de produire jusqu'à 65 000 nanobâtonnets avec différentes combinaisons de matériaux de sulfure métallique ; il y a quelques années, cela aurait pris des mois ou des années.

Ainsi, lors de l'Ilmac de cette année à Bâle, une chimie nanométrique extrêmement variée devient accessible, qui pourrait évoluer de manière bien plus dynamique qu'on ne l'aurait récemment imaginé.