Vidéo: La nanomédecine, une innovation majeure pour combattre le cancer 2025
La nanotechnologie fait référence à l'utilisation artificielle de particules de taille nanométrique (typiquement 1 à 100 milliardièmes de mètre) pour des applications industrielles ou médicales adaptées à leurs propriétés uniques. Les propriétés physiques des éléments et des matériaux connus peuvent changer à mesure que leur rapport de surface à surface est considérablement augmenté, i. e. lorsque les tailles à l'échelle nanométrique sont atteints. Ces changements n'ont pas lieu en passant de la macro à la micro échelle.
Des changements dans les propriétés physiques telles que les propriétés colloïdales, la solubilité et la capacité catalytique se sont avérés très utiles dans les domaines de la biotechnologie, tels que la biorestauration et l'administration de médicaments.
Les propriétés très différentes des différents types de nanoparticules ont donné lieu à de nouvelles applications. Par exemple, des composés connus pour être généralement des matériaux inertes peuvent devenir des catalyseurs. La taille extrêmement réduite des nanoparticules leur permet de pénétrer dans les cellules et d'interagir avec les molécules cellulaires. Les nanoparticules ont souvent aussi des propriétés électriques uniques et font d'excellents semiconducteurs et agents d'imagerie. En raison de ces qualités, la science de la nanotechnologie a pris son essor ces dernières années, en testant et en documentant un large éventail d'utilisations nouvelles des nanoparticules, en particulier en nanomédecine.
Le développement des nanotechnologies pour les applications nanomédicales est devenu une priorité des National Institutes of Health (NIH).
Entre 2004 et 2006, le NIH a établi un réseau de huit centres de développement de la nanomédecine, dans le cadre de l'initiative de la carte routière de la nanomédecine du NIH. En 2005, le National Cancer Institute (NCI) a engagé 144. 3 millions sur 5 ans pour son programme «Alliance pour la nanotechnologie dans le cancer» qui finance sept centres d'excellence pour la nanotechnologie du cancer (Kim, 2007).
Le financement soutient divers projets de recherche dans les domaines du diagnostic, des dispositifs, des biocapteurs, de la microfluidique et de la thérapeutique.
Parmi les objectifs à long terme de l'initiative NIH, citons la possibilité d'utiliser des nanoparticules pour rechercher des cellules cancéreuses avant que les tumeurs se développent, éliminent et / ou remplacent des parties «cassées» des cellules ou des mécanismes cellulaires par des molécules miniaturisées. «machines» biologiques de taille et utiliser des «machines» similaires à des pompes ou des robots pour délivrer des médicaments quand et où nécessaire dans le corps. Toutes ces idées sont réalisables sur la base de la technologie actuelle. Cependant, nous ne connaissons pas assez les propriétés physiques des structures intracellulaires et les interactions entre les cellules et les nanoparticules, pour atteindre actuellement tous ces objectifs. L'objectif principal du NIH est d'ajouter à la connaissance actuelle de ces interactions et mécanismes cellulaires, de sorte que les nanoparticules construites avec précision puissent être intégrées sans effets secondaires néfastes.
De nombreux types de nanoparticules sont actuellement à l'étude pour des applications en nanomédecine.Ils peuvent être des structures de type squelettique à base de carbone, telles que les fullerènes, ou des liposomes à base de lipides de type micelle, qui sont déjà utilisés pour de nombreuses applications dans l'administration de médicaments et l'industrie cosmétique.
Les colloïdes, généralement des nanoparticules de liposomes, sélectionnés pour leurs propriétés de solubilité et de suspension, sont utilisés dans les cosmétiques, les crèmes, les revêtements protecteurs et les vêtements résistants aux taches. D'autres exemples de nanoparticules à base de carbone sont des nanoparticules à base de chitosane et d'alginate décrites dans la littérature pour l'administration orale de protéines, et divers polymères à l'étude pour l'administration d'insuline.
Des nanoparticules supplémentaires peuvent être fabriquées à partir de métaux et d'autres matériaux inorganiques, tels que les phosphates. Les agents de contraste nanoparticulaires sont des composés qui améliorent l'IRM et les résultats échographiques dans les applications biomédicales de l'imagerie in vivo. Ces particules contiennent généralement des métaux dont les propriétés sont radicalement modifiées à l'échelle nanométrique. Les nanocellules d'or sont utiles dans la lutte contre le cancer, en particulier les tumeurs des tissus mous, en raison de leur capacité à absorber le rayonnement à certaines longueurs d'onde.
Une fois que les nanoshells pénètrent dans les cellules tumorales et qu'un traitement de radiothérapie est appliqué, ils absorbent l'énergie et chauffent suffisamment pour tuer les cellules cancéreuses. Les nanoparticules d'argent chargées positivement s'adsorbent sur l'ADN monocaténaire et sont utilisées pour sa détection. De nombreux autres outils et dispositifs pour l'imagerie in vivo (systèmes de détection de fluorescence) et pour améliorer le contraste dans les images par ultrasons et IRM sont en cours de développement.
Il existe de nombreux exemples de stratégies de lutte contre la maladie dans la littérature utilisant des nanoparticules. Souvent, en particulier dans le cas des thérapies contre le cancer, les propriétés d'administration des médicaments sont combinées avec les technologies d'imagerie, de sorte que les cellules cancéreuses peuvent être visuellement localisées pendant le traitement. La stratégie prédominante consiste à cibler des cellules spécifiques en liant des antigènes ou d'autres biocapteurs (par exemple des brins d'ARN) à la surface des nanoparticules qui détectent les propriétés spécialisées des parois cellulaires. Une fois la cellule cible identifiée, les nanoparticules adhèrent à la surface de la cellule ou pénètrent dans la cellule, via un mécanisme spécialement conçu, et délivrent sa charge utile.
Un médicament est délivré, si la nanoparticule est également un agent d'imagerie, les médecins peuvent suivre son évolution et la répartition de la cellule cancéreuse est connue. Ce ciblage et cette détection spécifiques aideront à traiter les cancers métastasés en phase avancée et les tumeurs difficiles à atteindre et donneront des indications sur la propagation de ces maladies et d'autres maladies. Il prolonge également la durée de vie de certains médicaments qui se sont révélés plus longtemps à l'intérieur d'une nanoparticule que lorsque la tumeur était directement injectée, car souvent les médicaments injectés dans une tumeur se diffusent avant de tuer efficacement les cellules tumorales.
Un développement important dans le traitement du cancer a été l'appariement de siRNA (petits ARN interférents) avec l'administration de nanoparticules. En 1999, siRNA a d'abord été décrit comme un nouveau moyen d'inhiber l'expression des protéines dans les cellules.Cependant, les brins d'ARN ont souvent été détruits par des mécanismes cellulaires avant d'atteindre leurs cibles. Les nanoparticules fournissent les mécanismes de protection et de livraison nécessaires aux molécules de siRNA pour atteindre les tissus cibles.
Plusieurs entreprises ont déjà entrepris des essais cliniques de thérapies siRNA délivrées par des nanoparticules (Alper 2006).
L'auto-assemblage moléculaire est le phénomène par lequel les molécules s'assemblent spontanément en formations stables définies, basées sur des interactions atomiques telles que la liaison hydrogène, les forces hydrophobes et van der Waals. La construction «ascendante» de nanoparticules tire parti de l'auto-assemblage moléculaire pour construire des structures spécifiques basées sur notre compréhension de ces formations spontanées. Une application de ceci est d'utiliser la spécificité de l'appariement de bases d'ADN de Watson-Crick pour construire des acides nucléiques de structures définies avec des utilisations particulières. Dans une autre nouvelle application de l'auto-assemblage moléculaire, en cours de développement en Suisse, les protéines de pores sont introduites dans des nanoparticules au cours de l'assemblage de polymères. Les pores sont incorporés dans la matrice de surface et leur ouverture et leur fermeture permettent l'administration de médicaments spécifiques à certaines conditions environnementales (dans ce cas, les changements de pH) dans la cellule (Broz et al.
2006). Les pores s'ouvrent ou se ferment souvent lorsqu'ils réagissent au pH, à la température ou à d'autres facteurs environnementaux. L'utilisation de pores similaires dans les nanoparticules permet une administration spécifique ou un biocapteur dans des conditions cellulaires spécifiques, par exemple, une administration d'insuline lorsque les niveaux de sucre dans le sang indiquent un besoin.
Après la livraison de la charge utile, il est souvent souhaitable que les nanoparticules soient éliminées ou métabolisées, idéalement sans effets secondaires toxiques.
En effet, les avantages de l'utilisation des nanoparticules sont que les effets secondaires toxiques des radiations et des chimiothérapies traditionnelles peuvent être évités, en traitant seulement les cellules tumorales, ou malsaines, et en n'endommageant pas les tissus sains avoisinants. Certaines nanoparticules devraient être relativement sûres en raison de leur propension à se dissoudre une fois à l'intérieur des cellules, et certaines sont constituées de matériaux déjà utilisés en biomédecine, comme les nanoparticules fabriquées à partir des mêmes polymères que ceux utilisés pour les sutures (Bullis, 2006). Quelle que soit l'approche, les avantages de l'administration de nanoparticules sont énormes et comprennent une meilleure biodisponibilité des médicaments en ciblant des organes, des tissus ou des tumeurs spécifiques, fournissant ainsi la dose maximale de médicament directement là où elle est nécessaire et réduisant les déchets et les coûts. médicament répondant à sa cible.
La nanomédecine est un domaine relativement nouveau de la biotechnologie, mais les possibilités de nouvelles thérapies et chirurgies pour traiter des maladies et des maladies comme le cancer semblent infinies. Le concept de nanorobots et de machines de réparation cellulaire est également viable et pourrait un jour être aussi banal que la prise d'aspirine aujourd'hui.
Sources:
Kim, 2007. Plateformes de nanotechnologie et défis physiologiques pour la thérapeutique du cancer.
Sous presse, doi. org / 10. 1016 / j. nano. 2006. 12. 002.
Alper, 2006, Nanoparticules et siRNA - Partenaires sur la voie de nouvelles thérapies contre le cancer.NCI Alliance pour la nanotechnologie dans le cancer. // nano. cancer. gov / news_center / monthly_feature_2006_august. aspic.
Broz et al. , 2006. Vers des bioréacteurs intelligents à nanosize: un nanoconteneur polymère fonctionnant avec un canal, fonctionnant sur le canal et commutable au pH. Nano Letters 6 (10): 2349-2353.
Bullis, 2006. Chemo monocanal. Revue technologique // www. technologieview. com / read_article. aspx? ch = specialsections & sc = emergingtech & id = 16469.
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