Regénération : Nanotubes & Nanofibres

          La médecine régénératrice est une forme de médecine permettant de remplacer des cellules trop âgées ou endommagées par des cellules identiques mais fonctionnelles. Cette forme de médecine nécessite l’utilisation de cellules souches dites pluripotentes c'est-à-dire capablent de se différencier en certains autres types de cellules.

cellule-souche-1.jpgFigure 1 : les cellules souches peuvent donner naissance à différents types de cellules : globules rouges, des globules blancs, des plaquettes, et aussi des cellules oculaires, des cellules de muscles cardiaques, des cellules neurologiques et autres ... 

 

Maladies concernées :

  • Plusieurs types de cancers : seins, rein, testicule, poumon, leucémies, myélomes, mélanome, lymphomes, etc…
  • Les maladies oculaires : dégénérescence maculaire, glaucome, anomalies de la cornée
  • Les maladies auto-immunes comme : diabète, sclérodermie, lupus érythémateux, arthrite rhumatoïde, atteintes rénales etc…
  • Les maladies cardiaques : insuffisance cardiaque et infarctus
  • Des maladies neurologiques : maladie de Parkinson, maladie d’Alzheimer, accidents cérébrovasculaires, traumatismes de la moelle épinière
  • Des maladies musculo-squelettique : traumatismes du cartilage, arthrose

Objectifs :   La médecine régénératrice a de nombreux objectifs tels qu’améliorer la qualité de vie des patients, guérir les maladies aujourd’hui incurables, limiter le besoin des patients en médicament.

 

 

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C’est en 1991 qu‘un chercheur japonais, Sumio Iijima les découvrent par hasard les nanotubes de carbones lors d’une expérience.

          Les nanotubes sont des cylindres de quelques nanomètres de diamètre et de plusieurs micromètres de long (soit mille fois plus grand que leur diamètre) composé d’atomes de carbones.

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Figure 2 : Image comparatie de la taille d'un nanotube (à gauche) pa rapport à une molécule d'ADN, ou acide désoxyribonucléique (à droite).

          Ils sont formés par un plan de graphite enroulé sur eux même et fermé à leurs 2 extrémités par 2 demi-fullerènes possédant chacun 6 pentagones. Le graphite est un empilement de plans (un plan est appelé graphène). Dans chacun de ces plans, chaque atome de carbone forme trois liaisons doubles et simples avec ses semblables, formant ainsi une structure hexagonale semblable aux nids d’abeille. Dans le cas ou le nanotube est constitué que d’un seul graphène on parle d’un nanotube monofeuillet mais si au contraire il est constitué de plusieurs « couches » alors on parle d’un nanotube multifeuillets.

Les propriétés électroniques obtenues sont différentes selon la manière dont le graphène se replie. Cet angle d’enroulement est appelé hélicité.

nanotubes-de-carbones-2.jpgFigure 3 : les différentes formes achitecturales des nanotubes de carbone

 Leurs propriétés :

Les nanotubes suscitent un immense intérêt dans le monde de la recherche grâce à leurs propriétés exceptionnelles :

  • solide : ils sont dix fois plus durs que l’acier. Certain sont même plus durs que le diamant.
  • élastique : ils sont souples et reprennent leur forme initiale ce qui les rend résistants à la rupture.
  • léger : six fois plus léger que l’acier
  • conducteur : permet de jouer le rôle de liaison entre neurones

          Les nanotubes de carbone peuvent permettre la réparation des cellules nerveuses grâce aux nano-échafaudages. Ces nano-échafaudages sont injectés dans le corps à l’emplacement nécessitant la régénération nerveuse. Des cellules souches sont implantées sur les nano-échafaudages  (au niveau des cassures) puis des nerfs se « tissent » progressivement dans cette nanostructure. 

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    Figure 4 : Nanoéchafaudage

 

 

 

 

Au bout d’un certain temps ce nano-échafaudage se décompose et est éliminé par le corps laissant les nerfs régénérés (les nano-échafaudages sont biodégradables).  

 

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            On appelle nano fibre tout filament de diamètre inférieur à 1 micron (plus petite qu’un cheveu humain moyen) c’est un nano matériau. Les caractéristiques de la nanofibre lui permettent d’être utilisée dans de nombreux domaines d’applications innovatrices mais la médecine constitue le domaine d’application le plus important. En effet elle pourrait dans un avenir proche  servir de filtre microscopique ou de membrane de séparation.  

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Figure 5 : comparasion cheveux humain (~50 à 100 µm)Nanofibres (<1 µm) 

 

 

 

Le professeur Oldrich Jisak et son équipe de chercheurs de l’Université  Technique de Liberec ont mis au point une machine à fabriquer de manière presque industrielle de la nano fibre.  « Par rapport à la taille des pores des tissus de nanofibres, chaque microbe est énorme et n’a aucune chance de passer »   Citation d’ Oldrich Jisak

Ces nanofibres ont permis de réparer la moelle épinière de souris paralysées :

          La paralysie des membres inferieurs chez des souris a pu être réduite grâce aux nanofibres. En effet des souris paralysées des 2 pattes arrières ont pu retrouver partiellement l’usage de leurs pattes grâce à l’injection d’une substance liquide formant ensuite un réseau de nanofibres organiques facilitant la repousse des cellules nerveuses .

nanofibre-2.jpgFigure 6 : Une image au microscope électronique du réseau de nanofibre formée de peptides

Le principe est de générer au niveau de la liaison, dans la moelle épinière, un réseau de nanofibres porteuses de molécules actives, permettent la repousse des cellules nerveuses .Pour les fibres, les chercheurs utilisent des petites protéines (peptides) dites amphiphile, c'est-à-dire, possédant un pole hydrophobe et un pole hydrophile. Ces molécules s’assemblent spontanément en longues fibres cylindriques de diamètre très faible formant ainsi un réseau. Les petites protéines, utilisées portent une séquence de 5 acides aminés nommé ILVAV. (isoleusine, lysine, valine, alamine, valine). Il a été démontré que cette séquence favorise la croissance des neurones.

 

          Au-delà des applications de prévention et de régénération, les nanotechnologies présentent de nombreuses opportunités médicales. Aujourd’hui plusieurs nanoparticules sont étudiées sur de petits animaux pour le traitement du cancer. Ces technologies ouvrent aussi la voie aux nanorobots.

 

SUITE : Du traitement du cancer à la robotisation : de nouvelles méthodes pour le cancer

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