La Nanotechnologie des Cellules

La nanotechnologie pour « fonctionnaliser » des cellules vivantes :

Nombreuses sont les raisons pour lesquelles nous cherchons à maîtriser ce qui se passe à l’échelle cellulaire dans les organismes vivants : pour améliorer la performance des cellules et les rendre plus résistantes, pour dépister, diagnostiquer et traiter des pathologies, etc.

Les scientifiques cherchent donc à agir sur les propriétés des cellules, ce qui constitue un défi d’envergure : d’une part cela nécessite d’opérer à des échelles nanométriques, et d’autre part il faut trouver des méthodes compatibles avec le système immunitaire de l’organisme afin de ne pas perturber la reproduction des cellules.

La poursuite de ces objectifs a engendré l’essor d’une nouvelle ère de recherche, les « bionanotechnologies ». Globalement, les études dans ce domaine visent à utiliser les outils de la nanotechnologie pour aborder les problèmes médicaux et biologiques.Dans ce but, une partie importante des recherches concerne la fonctionnalisation des cellules, c’est-à-dire l’attribution de nouvelles propriétés grâce à des modifications de la structure de la cellule. Rawil F. Fakhrullin de la Kazan Federal University et Yuri M.Lvov de la Louisiana Tech University  proposent une approche ambitieuse, consistant à fabriquer des structures biomimétiques qui s’accrocheraient sur les cellules vivantes afin d’en modifier la structure et de leur conférer ainsi de nouvelles propriétés.

Mieux que les méthodes de modifications génétiques, cette approche permet de réaliser de façon indépendante des nanodispositifs aux propriétés adaptées « sur mesure », telles que la sensibilité à la température et au pH, la perméabilité ou la stabilité structurelle

Afin de ne pas perturber l’organisme, Fakhrullin et Lvov proposent une méthode d’auto-assemblage qui respecte les conditions chimiques du milieu aqueux dans lequel baignent les cellules. Ils utilisent pour cela la fameuse technique de déposition couche par couche (« Lbl deposition », i.e. « layer by layer deposition »). Dans un premier temps, ils réalisent un film plan via l’adsorption séquentielle de couches de composants nanométriques fonctionnels de charges opposées :

polyélectrolytes, protéines ou nanoparticules. Ces couches se lient spontanément entre elles grâce aux interactions électrostatiques.

Dans un second temps, la cellule est encapsulée par ce film à plusieurs couches : elle se retrouve ainsi « enrobée » d’une couche nanométrique de matériaux fonctionnels, qui lui permet de préserver les nouvelles propriétés acquises pour une ou deux générations cellulaire. En jouant sur l’ordre des couches, les propriétés de la capsule peuvent être contrôlées.

Les combinaisons sont quasiment illimitées, d’où l’avantage considérable de la méthode.

Par ailleurs, cette technique d’encapsulation permet aux chercheurs de traiter plusieurs cellules biologiques en parallèle. Il devient alors possible de réaliser des assemblages de cellules fonctionnalisées afin d’obtenir par exemple des structures multicellulaires artificielles ou de concevoir des tissus.

D’autres perspectives consisteraient à inclure des nutriments dans la capsule ou encore de la protéger du système immunitaire pour pouvoir l’utiliser comme vecteur de médicaments dans le corps humain ou dans un but thérapeutique. Les cellules fonctionnalisées trouvent ainsi de nombreuses applications :

biosorbants, biocapteurs, dans la formation de spores, l’ingénierie tissulaires et le médical. L’une des applications les plus prometteuses concerne les cellules magnétisées : il a récemment été montré comment des cellules humaines fonctionnalisées afin d’être magnétiques pouvaient être alors manipulées par un simple aimant, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles thérapies cellulaires [3].

L’intervention des nanotechnologies contre les cellules nerveuses

Une cellule nerveuse ou neurone, est une cellule constituant l’unité fonctionnelle de base du système nerveux. Elles assurent la transmission d’un signal appelé influx nerveux (activité électrique).Alors que la réparation des neurones endommagés au niveau du système nerveux central a longtemps été considérée comme impossible à cause de nombreuses tentatives décevantes, récemment, des chercheurs viennent de mettre au point grâce à la nanotechnologie plusieurs méthodes qui rendraient possible la régénération des cellules nerveuses. Celle-ci pourrait réduire de nombreux effets de traumatismes et de nombreuses maladies très graves comme la maladie d’Alzheimer ou de Parkinson.

La première méthode, découverte à l’université de Miami, consiste à incorporer des nanoparticules magnétiques dans des neurones et des axones (prolongement long, mince, et cylindrique du corps cellulaire d’un neurone) au niveau de la partie endommagée dans le but de créer une tension mécanique. Ensuite, cette tension va favoriser la croissance et l’élongation des axones au niveau des neurones du système nerveux central.En favorisant la régénération des axones, la tension alors exercée par les nanoparticules magnétiques à l’extrémité des cellules va donc permettre la régénération des neurones.

Un Neurone

 

 

 

 

La seconde méthode, se focalise sur les nerfs périphériques (regroupements d’axones, issus de cellules nerveuses).L’endommagement de ceux-ci provoque de nombreux traumatismes et des handicaps, invalidités permanentes.Actuellement, la réalisation d’une autogreffe à partir d’une section de nerf sain prélevé sur le patient reste le traitement le plus performant.

Cependant cette autogreffe est très risquée et possède de nombreux inconvénients. En effet, celle-ci peut provoquer de nombreux effets secondaires et peut même être la cause d’une invalidité, d’une perte de fonctionnalité au niveau de la zone donneuse.C’est pour cela que des chercheurs de l’université de Californie ont trouvé une méthode sans risque et très prometteuse pour lutter contre ce genre de problème.

Le principe est simple, il suffit de déposer des nanofibres alignées dans la même direction et de les rendre bioactives (matériaux qui favorise le développement cellulaire) grâce à l’ajout de facteurs de croissances. Par cette méthode, les chercheurs sont parvenus à faire augmenter de 4 millimètre en 5 jours des neurones de rat, ce qui est très performant et très prometteur pour la suite des recherches Il est également important de noter que l’alignement joue un rôle essentiel dans la réussite de cette technique puisque sans celui-ci, les nanofibres ne favoriseraient pas la croissance des fibres nerveuses.

Au niveau des cellules nerveuses, les nanotechnologies pourraient également intervenir dans la réparation des connexions neuronales.Jusqu’à aujourd’hui, il est très difficile de refaire le contact entre deux nerfs sectionnés. En effet, de nombreuses tentatives ont été réalisées, mais aucune n’ont apporté de résultat.Cependant, des chercheurs américains viennent de développer une nouvelle technique considérée comme étant très prometteuse et qui pourrait devenir dans les prochaines années le Meilleur traitement dans la réparation des connexions nerveuses.Le principe est simple.

En effet, les chercheurs ont employé des fibres biodégradables (décomposition naturelle de matières organiques par des micro-organismes), 100 fois plus petite que des cheveux humains, et les ont reconstruites pour créer un échafaudage unique qui pourrait permettre à des cellules souches de répare les nerfs.

Le nano-échafaudage est ensuite injecté dans le corps à l’endroit de la régénération nerveuse et des cellules souches sont installées dans la zone sectionnée. Ces dernières s’associent parfaitement au nano-échafaudage et des nerfs se fabriquent au fur et à mesure du temps.Une fois que les nerfs sont entièrement renouvelles et intacts, l’échafaudage est naturellement éliminé du corps.

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Paix et sincérité à tous !

Eveil-delaconscience