Les nanotechnologies dans le domaine de la sant

Les nanotechnologies dans le domaine de la santé (Risques/Bénéfices Agence Française de Sécurité Sanitaire des Produits de Santé Département Toxicologie Dr D. MASSET

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2 Nano = plus petit + de nouvelles propriétés

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22 A Hybrot, the Rat-Brained Robot

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24 Une préoccupation croissante de la communauté internationale

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26 Risques toxicologiques inhérents aux nanobiotechnologies

27 1) comportement quantique particulier 3) Nucleation 2) Adsorption +

28 Biocinétique

29 Biocinétique Les propriétés biocinétique des nanoparticules dépendent largement de la nature chimique de la surface, ou des modifications in vivo que peut subir la surface de ces nanoparticules Le phénomène de coagulation (agrégation des nanoparticules entre elles) est un facteur important de modification de la clairance (élimination) des nanoparticules dans un tissu cible. il s’agit d’un facteur susceptible d’exacerber une éventuelle toxicité sur le tissu

30 Les effets pro-inflammatoires des nanoparticules

31 Optical micrograph of lung tissue from a rat exposed to singlewall carbon nanotubes (1 mg/kg) 1 week post exposure. Note the early development of lesions surrounding the instilled SWCNT (arrows) and the nonuniform, diffuse pattern of single -wall carbon nanotube particulate deposition in the lung (X 100). Low-magnification micrograph of lung tissue from a rat exposed to single-wall carbon nanotubes (1 mg/kg) at 1 month postinstillation. Note the diffuse pattern of granulomatous lesions (arrows). It was interesting to note that few lesions existed in some lobes while other lobes contain several granulomatous lesions—and this was likely due to the nonuniform deposition pattern following carbon nanotube instillation. Magnification X 20. Higher magnification optical micrograph of lung tissue from a rat exposed to single-wall carbon nanotubes (1 mg/kg) at 1 month postinstillation exposure. Note the discrete, multifocal mononuclear granuloma centered around the carbon nanotube material (arrows). Magnification X 400. D. B. Wahrheit et. al. Toxilogical Sciences 77, 117 -125 (20

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34 Biocapture et Adsorption • De nombreuses molécules sont susceptibles de s’adsorber sur les nanoparticules • Cette adsorption peut être à l’origine de perturbations physiologiques Biomolécules (ex. protéines) Molécules synthétiques (ex. pesticides)

35 Interactions spécifiques avec des protéines Exemple: interaction Anticorps avec des C 60 Jianpeng Ma autres exemples: Semiconducteur fixation avec des peptides Fixation Metal-peptides

36 Induction du système immunitaire par des nanoparticules • Dans l’organisme, les protéines sont les molécules préférentiellement adsorbées. En particulier les protéines extracellulaires • Protéines changent de conformation durant l’adsorption, et donc induire des changement de fonctionnalité. Complement Proteins Antibodies (Ig. G, Ig. M)

37 Complement Activation Clustered Ig. Gs or 1 Ig. M Complement protein reactions via Classical Pathway Nucleophilic groups on surface Complement protein reactions via Alternative Pathway • Generation of Anaphylactic Agents C 3 A & C 5 A • Generation of Leukocyte Receptor C 3 BC 5 B Tissue Damage Formation of Membrane Attack Complex (MAC)

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40 Allergies et Nanobiotechologies Eur J Echocardiography (2005) 6, 363 -366

41 Aucun Document ne fait de recommandations précises

42 Les recommandations de l’Afssaps

43 Les études pharmacocinétiques • L’évolution de l’Absorption, de la Distribution, du Métabolisme et de l’Excrétion (ADME) est un préalable obligatoire, sachant que les propriétés pharmacocinétiques des MNP peuvent être très différentes de celles des molécules conventionnelles. Elles doivent pouvoir être étudiées néanmoins de façon comparable (marquage radioactif, technique d’imagerie scintigraphique, PET, etc. ) • Quatre facteurs paraissent déterminants : la voie d’administration, la taille et la structure de la nanoparticule, la nature des polymères d’enrobage, l’espèce animale (les phénomènes d’opsonisation varient beaucoup selon les espèces) • On devra porter attention aux organes habituels (foie, reins, SNC, etc. ) mais aussi à des organes plus spécifiques (poumons, ganglions lymphatiques, rate, etc. )

44 Les études de toxicité générale in vivo Les études in vivo de toxicité générale par administration unique (imagerie) ou réitérée demeurent pivotales à condition, notamment, d’adapter les protocoles aux conditions d’exposition humaine, de choisir une ou des espèces animales pertinentes, de recher des organes cibles parfois lointains (SNC) en raison de phénomènes de translocation, etc.

45 Les principaux organes-cibles auxquels on portera une attention particulière sont : • Le foie et le système réticulo-endothélial – Captation – toxicité mitochondriale • Le rein – risque de lithiase – lésions tubulaires • Le SNC – risque de dégénérescence neuronale • Les organes reproducteurs – atteinte de la fertilité par lésion des cellules souches

46 • Le système cardio-vasculaire – formation d’agrégats, modification de l’agrégation plaquettaire et de la formation du thrombus • L’appareil respiratoire – risque majeur de développement de réactions inflammatoires fibroses tumeurs • La peau, l’œil, le poumon, si des voies locales sont utilisées

47 Toxicité sur la Reproduction L’évaluation de la toxicité sur la reproduction est indispensable et ses méthodes d’étude paraissent adaptées aux MNP (fertilité)

L’immunotoxicité 48 • La structure et les propriétés des MNP suggèrent qu’ils peuvent à la fois modifier la réponse adaptative spécifique à l’antigène introduit et la réponse immunitaire innée non spécifique de l’antigène. La reconnaissance des MNP par des récepteurs de type « scavenger » situés sur les macrophages et les polynucléaires neutrophiles peut induire la libération massive de cytokines à l’origine d’une réponse inflammatoire pulmonaire, par inhalation. • Par ailleurs, la petite taille des particules peut engendrer des propriétés adjuvantes conduisant à une exacerbation du type de réponse immunitaire à un antigène donné (réponse Th 1 versus réponse Th 2). Ce type de réponse peut conduire à des réactions d’hypersensibilité ou d’allergie. • L’évaluation du potentiel immunotoxique des MNP est donc vivement recommandée. Le test du LLNA (local lymph node assay) chez la souris est le plus utilisé, mais de nouvelles approches doivent être développées.

49 La génotoxicité

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51 Le potentiel cancérogène : l’évaluation du potentiel cancérogène des MNP est un débat ouvert : – D’une part en raison des dommages potentiels causés à l’ADN et des réactions inflammatoires qu’ils induisent, et aussi de leur bioaccumulation, les MNP peuvent engendrer des processus tumoraux (poumons) – D’autre part les protocoles utilisés (2 ans, rongeurs) sont mal adaptés aux nanoparticules (métrologie, contrôle d’exposition, etc. ). Par ailleurs les utilisations actuelles des MNP (imagerie, vectorisation de médicaments anticancéreux) ne s’y prêtent pas.

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CONCLUSION 53 L’évaluation de la sécurité non clinique des MNP fait l’objet de réflexions intenses dans le monde entier. Pour des considérations scientifiques et pratiques (nécessité d’être immédiatement opérationnel), les autorités réglementaires ont fait généralement le choix de ne pas s’écarter prématurément des stratégies conventionnelles de l’évaluation de la sécurité. C’est aussi ce qui a été retenu par l’Afssaps pour répondre à la saisine de la DGS sur proposition du Groupe de Travail sur l’Innovation non Clinique.