Le laboratoire SYMME développe des nanotechnologies pour le projet européen Namdiatream

Publié le mer 1 Juil 2015

Le laboratoire Systèmes et Matériaux pour la Mécatronique (SYMME) de l’Université Savoie Mont Blanc, rattaché à l’école d’ingénieurs Polytech Annecy-Chambéry, a participé au projet de recherche européen NAMDIATREAM  (Nanotechnological Toolkit for Multi-modal Disease Diagnotics and Treatment Monitoring), récemment élu au EuroNanoForum 2015 « Meilleur projet dans le domaine des nanotechnologies et matériaux avancés », parmi plus de 1 000 projets financés par la European Commission Funding Instruments.

LE PROJET NAMDIATREAM

Ce projet avait pour objectif de permettre de diagnostiquer de façon précoce trois types de cancers communs (du poumon, du sein et de la prostate), représentant plus de 4,5 millions de cas de cancer dans le monde en 2012. L’approche développée jusqu’ici par le laboratoire SYMME, et en particulier dans le cadre du projet NAMDIATREAM, se veut une voie  prometteuse alternative aux marqueurs fluorescents traditionnels.

Le développement d’outils nanotechnologiques pour le diagnostic de la maladie et le suivi de traitement nécessite une approche scientifique et technologique multidisciplinaire large. Aussi, le Consortium NAMDIATREAM regroupe 22 partenaires venant de 8 pays européens (Irlande, Espagne, Autriche, Allemagne, France, Italie, Belgique, Royaume-Uni), dont 7 PME de haute-technologie, 2 entreprises multinationales, et 13 institutions académiques dont fait partie l’Université Savoie Mont Blanc.

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DU MARQUEUR FLUORESCENT À LA NANOPARTICULE HARMONIQUE

Utilisés depuis quelques années dans plusieurs marquages immunologiques, les marqueurs fluorescents permettent d’observer des molécules uniques, qui ne sont pas naturellement fluorescentes. Ils ont l’avantage de donner des résultats très rapidement, voire immédiatement, en s’affranchissant des longs temps d’exposition requis par d’autres techniques. Leur emploi a notamment permis d’automatiser et de mettre au point les séquenceurs de gènes modernes, ayant servi aux projets de séquençage de génomes entiers.

Parmi ces marqueurs, les fluorochromes souffrent cependant de plusieurs limitations, la fluorescence ayant le désavantage de ne pas être permanente, comme par exemple, une intensité de fluorescence diminuant rapidement avec le temps jusqu’à devenir indétectable. De plus, un clignotement éventuel peut survenir dans le cas des boîtes quantiques (semi-conducteurs de taille nanométrique qui peuvent être utilisés comme des bio-capteurs pour détecter la maladie et qui sont également fluorescents), pour lesquelles la toxicité des éléments chimiques reste un frein à des utilisations in-vitro, ex-vivo et bien évidemment in-vivo.

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Dans le domaine en plein essor de la nanomédecine, de nouveaux agents de contraste sont étudiés afin de repousser les limites actuelles de l’imagerie optique biomédicale, du diagnostic précoce et du théranostic (association d’un test diagnostique à une thérapeutique, à la base d’une médecine personnalisée).

UN BIOMARQUEUR MULTIFONCTIONNEL UNIVERSEL ?

Dans la quête actuelle de développement de nouveaux biomarqueurs, les sondes doivent associer de multiples propriétés et de nombreux travaux sont en cours afin d’élaborer un biomarqueur multifonctionnel, pourquoi pas « universel », pouvant servir d’agent de contraste, voire d’agent thérapeutique, dans les différentes techniques d’imagerie habituelles telles que l’IRM, la radiologie et la microscopie multiphotonique. La biocompatibilité (ou absence de toxicité), le contraste apporté par ces marqueurs et leur stabilité dans le temps sont des critères essentiels.

En microscopie optique, les nanoparticules harmoniques ont de plus la qualité de générer des ondes cohérentes bien spécifiques (exactement à la longueur d’onde moitié de l’excitation) ce qui facilite grandement leur détection par rapport à un éventuel fond de fluorescence.

DE NOUVEAUX DÉVELOPPEMENTS EN IMAGERIE OPTIQUE BIOMÉDICALE…

La flexibilité quant au choix de la longueur d’onde d’excitation et l’absence de tout photoblanchiment de ces nanoparticules harmoniques permettent d’envisager de nouveaux développements en imagerie optique biomédicale. À ce jour, si les techniques de coloration et les différents contrastes optiques permettent des études statiques approfondies de la composition et de la structure de cellules individuelles, de sections de tissus et d’organes, les processus dynamiques qui régissent les interactions entre une population de cellules et les tissus vivants sont eux plus difficiles à appréhender.

Le développement en cours de nouvelles techniques de microscopie basées sur des agents de contraste aux propriétés optiques non-linéaires ainsi que de nouvelles approches en diagnostic précoce sont donc nécessaires en termes de profondeur de pénétration et de sensibilité. Mieux comprendre les processus dynamiques qui régissent le métabolisme et les mécanismes du cancer reste en effet un défi sociétal pour améliorer à la fois le diagnostic et les taux de guérison et réduire par là même les coûts de traitements.

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… UN ENJEU À L’ORIGINE DU PROJET EUROPÉEN NAMDIATREAM

Le projet NAMDIATREAM est constitué de quatre approches, ou plateformes technologiques dont une consacrée aux nanoparticules harmoniques. Le consortium rassemblé autour de ces nanocristaux est composé d’une entreprise multinationale pour la microscopie optique (Nikon), d’une PME spécialisée dans la synthèse de cristaux (FEE) et de trois partenaires académiques : le groupe de S. Gerber à l’EPFL pour la partie fonctionnalisation spécifique des nanocristaux, le GAP Biophotonics en la personne du Dr Luigi Bonacina pour la partie microscopie multi-photonique, et le laboratoire SYMME par l’intermédiaire de Yannick Mugnier, pour les aspects synthèse et quantification des propriétés de GSH des nanocristaux.

De manière plus générale, les perspectives d’application de ces nanocristaux ne concernent pas seulement la nanomédecine : la richesse de leurs propriétés est déjà mise à profit pour les cristaux massifs et les céramiques, dans plusieurs applications de la vie courante de type capteur ou transducteur.

À l’échelle nanométrique, de nombreuses études prometteuses, ou preuves de principe, ont déjà été rapportées à l’échelle du nanocristal individuel mais on peut s’étonner de l’absence d’application industrielle (à grande échelle) de ces mêmes matériaux. Ce domaine de recherche est certes relativement jeune mais il se heurte aussi (en tout cas par comparaison aux matériaux métalliques et semi-conducteurs) à la difficulté de préparer des nanomatériaux homogènes en termes de taille, composition chimique et morphologie.

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LE LABORATOIRE SYMME RELÈVE LE DÉFI

Au laboratoire SYMME, les activités de recherche récentes développées par Yannick Mugnier, Ronan Le Dantec et Christine Galez ont pour objectifs de répondre à ces défis au travers de deux axes intitulés « matériaux et outils pour la santé » et « matériaux et systèmes pour l’énergie ».

Différentes méthodes de synthèse ont été développées afin de disposer de particules de taille et morphologie contrôlées, condition nécessaire à une évaluation aussi précise que possible de leurs propriétés physiques, chimiques et de cytotoxicité. Un soin particulier a été apporté à la description des mécanismes de croissance de différents nanocristaux.

EN SAVOIR PLUS

Contact : Yannick Mugnier