Des nanoparticules inspirées du vivant pour diagnostiquer et traiter le cancer
Le cancer reste un enjeu majeur de santé publique à l’échelle mondiale. Il est donc essentiel de développer des outils de diagnostic et de traitement plus précis, adaptables et durables. La production conventionnelle de nanoparticules peut nécessiter des produits chimiques agressifs et des procédés très énergivores. Parallèlement, leur utilisation en médecine exige un contrôle rigoureux de leur taille, de leur composition et de leur comportement biologique.
S’inspirer de la nature
Les bactéries magnétotactiques(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) produisent, dans des conditions biologiques douces, des cristaux magnétiques très homogènes appelés magnétosomes. Des protéines spécialisées en contrôlent la composition, la taille et la forme, démontrant qu’il est possible de former des minéraux avec précision sans recourir aux conditions extrêmes souvent nécessaires aux méthodes de synthèse classiques. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), le projet ProteNano-MAG a cherché à comprendre comment les bactéries magnétotactiques produisent naturellement des nanoparticules magnétiques et si ce mécanisme pouvait être exploité pour développer des techniques d’imagerie et de traitement du cancer plus respectueuses de l’environnement. «La nature nous montre qu’il n’est pas nécessaire de recourir à une chimie agressive ou à des conditions extrêmes pour produire des nanomatériaux très sophistiqués», explique Lourdes Marcano, chercheuse postdoctorale et désormais professeure assistante à l’université d’Oviedo. Plutôt que d’utiliser directement les bactéries comme usines de production, l’équipe de ProteNano-MAG a repris certains éléments de leur mécanisme de formation des magnétosomes. Les chercheurs ont conçu des protéines(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) comportant des sites capables de fixer le fer et de guider la formation des nanoparticules. Cette approche a permis de synthétiser de manière contrôlée des nanohybrides à base de fer dans des conditions plus douces et démontre le potentiel des protéines conçues par ingénierie comme matrices modulables pour la fabrication de matériaux magnétiques.
Des nanoparticules magnétiques aux applications théranostiques contre le cancer
L’un des objectifs de la nanomédecine est de créer des nanostructures reproductibles dont les propriétés peuvent être conçues pour une application particulière. Les matériaux obtenus ont été étudiés en vue d’applications théranostiques, qui associent diagnostic et traitement. ProteNano-MAG s’est intéressé à de petits nanohybrides composés d’oxyde de fer et de protéines, dont certains mesurent environ 5 nm, et qui pourraient servir à l’imagerie par résonance magnétique et au traitement du cancer. Exposées à un champ magnétique alternatif, les nanoparticules magnétiques peuvent produire de la chaleur. Cette propriété peut être exploitée en hyperthermie magnétique pour endommager les cellules cancéreuses. En parallèle des travaux principaux de ProteNano-MAG, Lourdes Marcano a participé à des études sur l’influence de la morphologie et des propriétés magnétiques des nanoparticules sur la chaleur qu’elles produisent sous l’effet d’un champ magnétique alternatif. Ces recherches pourraient contribuer à mieux comprendre leur efficacité thérapeutique. «Disposer de matériaux modulaires dont on peut ajuster la taille, les propriétés magnétiques, les éléments de ciblage ou les fonctions thérapeutiques pourrait, à terme, permettre de concevoir des plateformes adaptées à des besoins cliniques précis», explique Lourdes Marcano. Des études menées en collaboration sur les bactéries magnétotactiques ont également permis de mieux comprendre la relation(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) entre la morphologie des nanoparticules, leur anisotropie magnétique et leur propriétés de chauffage.
Vers une nanomédecine plus durable
Le projet ProteNano-MAG a apporté une première démonstration de la faisabilité de l’utilisation de protéines conçues par ingénierie pour produire des nanoparticules magnétiques selon des méthodes plus respectueuses de l’environnement. L’association de fonctions d’imagerie et de traitement pourrait, à terme, favoriser des thérapies plus ciblées. Des recherches et des validations approfondies restent toutefois nécessaires avant toute application clinique. Les prochaines étapes consisteront notamment à améliorer la reproductibilité des procédés et à les adapter à une production à plus grande échelle. Les chercheurs devront également mener des études plus approfondies sur la stabilité, la biocompatibilité, la toxicité, la biodistribution et l’efficacité thérapeutique des matériaux. L’approche bio-inspirée du projet s’inscrit également dans une démarche plus large visant à réduire l’impact environnemental de la fabrication de matériaux avancés. En transposant des principes observés dans la nature à des systèmes synthétiques maîtrisables, ProteNano-MAG démontre que les nanotechnologies, l’ingénierie des protéines et la biomédecine peuvent se combiner pour explorer des solutions plus durables aux futurs traitements du cancer.
