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Les nanotechnologies en santé : quels enjeux sanitaires, environnementaux et éthiques ?

Crédit : Millenium Technology Prize

Crédit : Millenium Technology Prize

Dans la première partie de ce billet, nous avons vu que la santé est un domaine prometteur pour l’industrie des nanotechnologies et pour la recherche en nanosciences. Cependant, au-delà des promesses d’avancées scientifiques et technologiques, l’utilisation grandissante des nanoobjets pose forcément des questions concernant leurs impacts potentiels sur la santé et l’environnement.

Note : Vous pouvez lire ou relire la 1ère partie de
cet article sur les nanotechnologies en cliquant ici.

 

Les nanoobjets d’origines naturelle et anthropique

En premier lieu, il convient de comprendre ce dont on parle. En effet, le premier réflexe quand on entend parler de nanoobjets ou de nanoparticules (ce mot est d’ailleurs un abus de langage) est de penser à de la haute technologie et surtout à une création humaine. Or, le fait que les nanoparticules existent à l’état naturel est assez peu connu. Les volcans relâchent dans l’atmosphère des particules de 100 nm et moins (environ 4 millions de tonnes par an) et c’est aussi le cas des feux de forêt. Les embruns océaniques ou les déserts produisent aussi des nanoparticules et on pense qu’elles jouent d’ailleurs un rôle important dans la phase atmosphérique du cycle de l’eau puisqu’elles participeraient à une certaine échelle au processus de nucléation à l’origine de la formation des gouttelettes d’eau ou des cristaux de glace dans les nuages (lire ce court article du CNRS). Du fait de leur difficulté à se dissoudre dans l’environnement, les nanoparticules d’origine naturelle se retrouvent également dans les sédiments marins ou lacustres. Les processus impliquant une combustion émettent des nanoparticules, vous en aspirez ainsi chaque fois que vous respirez de la fumée de cigarette, que vous êtes proche d’un moteur à combustion (surtout les moteurs diesel) ou que vous vous approchez de la fumée dégagée par un feu de camp. On peut aussi citer les travaux miniers, l’usinage des métaux ou encore les procédés industriels impliquant de la soudure.

L’histoire retiendra que c’est à la fin du XXe siècle que l’être humain a acquis la capacité technologique de créer des nanoparticules « artificielles » de manière intentionnelle. Ce dernier terme est important, car il s’avère que nous avons produit des composés dont la taille est inférieure à 100 nm depuis des millénaires, sans le savoir bien sûr. Les scientifiques ont ainsi découvert des nanoobjets dans certaines peintures datant des pharaons en Égypte ou de plusieurs civilisations au Mexique. En outre, puisque tout processus de combustion émet des nanoparticules, les premiers hominidés à avoir su maîtriser le feu en ont émis.

Selon Emmanuel Flahaut, Directeur de recherche CNRS à l’Université Toulouse III – Paul Sabatier, « les nanoobjets sont tellement présents à l’état naturel qu’il est extrêmement difficile de faire la distinction avec des appareils de mesure entre les nanoobjets créés de manière intentionnelle et ceux ne résultant pas d’une volonté de création humaine. »

Il s’agit bien sûr d’une difficulté pour la détection des nanoparticules issues de l’industrie, car il existe un « bruit de fond » naturel qui empêche quasiment de faire la distinction entre les nanoparticules issues de processus non contrôlés par l’être humain et celles fabriquées à des fins précises qui se retrouvent dispersées dans l’environnement.

 

Des effets documentés sur la santé

Une astrocyte, cellule gliale du système nerveux central, en train d'absorber des ''nano-aiguilles'' de carbone. La cellule mesure 20 micromètres et les nano-aiguilles quelques nanomètres de diamètre. Crédit : Khuloud T. Al-Jamal, Serene Tay & Michael Cicirko, Wellcome Images

Une astrocyte, cellule gliale du système nerveux central, en train d’absorber des nano-aiguilles de carbone. La cellule mesure 20 micromètres et les nano-aiguilles quelques nanomètres de diamètre. Crédit : Khuloud T. Al-Jamal, Serene Tay & Michael Cicirko, Wellcome Images

Comme il a été mentionné auparavant, les nanotechnologies pourraient apporter des percées majeures dans le traitement de certaines maladies. Les nanotubes de carbone ou les fullerènes (des nanoparticules en forme de ballon de football) peuvent servir de « cargo » afin d’amener les médicaments directement dans les cellules ou dans les zones touchées, permettant un traitement plus précis et une diminution des quantités de composés chimiques dans le corps. Cependant, leur taille de l’ordre du nanomètre leur permet de rentrer à l’intérieur des cellules, ce qui est une force, mais s’avère également un danger. Les nanoparticules de carbone (NPC) interagiraient avec la molécule d’ADN et perturberaient la réplication de celui-ci (An et al., 2010). Lorsqu’inhalés, les nanotubes de carbone peuvent ainsi créer des granulomes et favoriser la fibrogenèse, ils sont même soupçonnés de créer les mêmes symptômes que l’amiante (Donaldson et al., 2006).

Autre constat, certains nanotubes de carbone pourraient être conçus pour rentrer à l’intérieur des cellules afin de « livrer » des composés chimiques. On pourrait ainsi mieux traiter certains cas de cancers. Cependant, une équipe franco-espagnole a montré que ces nanotubes interfèrent avec le cytosquelette des cellules créant une « perturbation de la mécanique cellulaire ». Résultat : il y a confusion entre les nanotubes de carbone répartis aléatoirement et les microtubules du cytosquelette. La division cellulaire est alors perturbée, voire stoppée, et la motricité de la cellule est grandement affectée (écoutez à ce sujet Emmanuel Flahaut). Certains fullerènes (C60) induiraient quant à eux un vieillissement prématuré des cellules (Gao et al., 2010) ou encore une perturbation dans la réplication de l’ADN. Parmi les nanoparticules les plus répandues, celles composées de dioxyde de titane (TiO2) sont aussi montrées du doigt. Elles sont utilisées dans les certains aliments (identification sous le code E171), les cosmétiques, les crèmes solaires ou anti-UV, les peintures, les dentifrices, les produits pharmaceutiques, etc. Entre autres, les nanoparticules de TiO2 créent des inflammations, sont cytotoxiques ou favorisent la prolifération cellulaire (Hu et al., 2010; Johnston et al., 2009; Warheit et al., 2007; Rahman et al., 2002).

Ce ne sont là que quelques études et donc une liste bien sûr non exhaustive des recherches visant à mieux comprendre les effets des nanoparticules sur la santé. Nous vous suggérons le visionnement de la conférence qui s’est tenue le 3 février 2015 à l’Observatoire Midi-Pyrénées en France (vidéo ci-dessous). Voici également un dossier complet sur les effets sur la santé des nanoparticules. Il est hébergé sur le site d’Eric Van Aerde, ingénieur conseil en santé et sécurité au travail.

Et dans l’environnement ?

Pictogramme_exposition_NanomatériauxPNGLes nanoparticules font désormais partie intégrante d’un grand nombre d’objets et il se pose donc la question de leur dissémination dans l’environnement, tant durant les processus de fabrication que tout au long de la durée de vie des objets auxquels elles sont associées et bien évidemment lorsqu’elles sont relâchées en fin de vie utile des objets ou des produits. Les nanoparticules peuvent contaminer l’environnement à partir des nanomatériaux (usure, fabrication, mise à la décharge) ou s’accumuler dans les êtres vivants et être relâchées quand les tissus se décomposent lors de la mort. Sur le plan de la toxicité, la particularité des nanoparticules est de posséder des propriétés de surface qui dépendent de la particule originelle et de l’environnement biologique dans lequel elles évoluent. Par exemple, les nanotubes de carbone ne vont pas attirer ou absorber les mêmes molécules que des particules de dioxyde de titane. Conséquemment, il est très difficile de connaître à l’avance le comportement des nanoparticules qui n’ont pas encore interagi avec l’environnement pour lequel elles sont destinées ou celui dans lequel elles s’accumuleront après utilisation, que ce soit de façon intentionnelle ou non. Concrètement, des nanoparticules d’argent, d’or ou des fullerènes auront une toxicité éventuelle différente selon qu’elles rencontrent du sang ou d’autres liquides biologiques, de l’eau de rivière, de l’eau salée, etc. De plus, comme il est mentionné au début, la plupart des nanoparticules sont très difficilement solubles dans l’eau, il est donc vain de vouloir mesurer des taux de concentration dans un prélèvement d’eau, par exemple une rivière ou un lac.

Schématisation des processus de dissémination des nanoparticules dans l’environnement. Tiré de : http://www.gprp.info/Newsletter/Juin%2012/0316_NANO.pdf

 

On le voit, les nanoobjets ou nanoparticules pourraient s’avérer être une arme à double tranchant, permettant des avancées technologiques majeures en résistance des matériaux, dans le domaine médical et pour bien d’autres applications, mais pouvant se révéler être un problème grave de santé publique ou encore causer des dommages important à l’environnement. 30 ans après la première fabrication de certaines nanoparticules (fullerènes, nanotubes de carbone), il est grand temps d’appliquer le principe de précaution à l’échelle mondiale tout en encadrant la recherche de pointe dans ce domaine.

 

Pour en savoir plus :

    • Le portail Veillenano.fr édité par l’Association de Veille et d’Information Civique sur les Enjeux des Nanosciences et des Nanotechnologies. (France)

 

    • Le site du SAICM, Strategic Approach to International Chemicals Management (International)

 

    • NanoPortal du gouvernement du Canada (très sommaire)

 

    • Ethicsweb.ca – Ethical Issues on Nanotechnology (Canada)

Auteur : Jérémy Bouchez Hinnovic.org

 

RÉFÉRENCES

  • An, H., Liu, Q., Ji, Q., & Jin, B. (2010). DNA binding and aggregation by carbon nanoparticles. Biochemical and Biophysical Research Communications, 393(4), 571–576. (http://doi.org/10.1016/j.bbrc.2010.02.006)
  • Donaldson, K., Aitken, R., Tran, L., Stone, V., Duffin, R., Forrest, G., & Alexander, A. (2006). Carbon Nanotubes: A Review of Their Properties in Relation to Pulmonary Toxicology and Workplace Safety. Toxicological Sciences, 92(1), 5–22. (http://doi.org/10.1093/toxsci/kfj130)
  • Gao, J., Wang, H. L., Shreve, A., & Iyer, R. (2010). Fullerene derivatives induce premature senescence: A new toxicity paradigm or novel biomedical applications. Toxicology and Applied Pharmacology, 244(2), 130–143. (http://doi.org/10.1016/j.taap.2009.12.025)
  • García-Hevia, L., Valiente, R., Fernández-Luna, J. L., Flahaut, E., Rodríguez-Fernández, L., Villegas, J. C., Gonzales, J., & Fanarraga, M. L. (2015). Inhibition of Cancer Cell Migration by Multiwalled Carbon Nanotubes. Advanced Healthcare Materials, 4(11), 1640–1644. (http://doi.org/10.1002/adhm.201500252)
  • Hu, R., Gong, X., Duan, Y., Li, N., Che, Y., Cui, Y., Zhou, M., Liu, C., Wang, H., & Hong, F. (2010). Neurotoxicological effects and the impairment of spatial recognition memory in mice caused by exposure to TiO2 nanoparticles. Biomaterials, 31(31), 8043–8050. (http://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2010.07.011)
  • Johnston, H. J., Hutchison, G. R., Christensen, F. M., Peters, S., Hankin, S., & Stone, V. (2009). Identification of the mechanisms that drive the toxicity of TiO2 particulates: the contribution of physicochemical characteristics. Particle and Fibre Toxicology, 6(1), 33. (http://doi.org/10.1186/1743-8977-6-33)
  • Rahman, Q., Lohani, M., Dopp, E., Pemsel, H., Jonas, L., Weiss, D. G., & Schiffmann, D. (2002). Evidence that ultrafine titanium dioxide induces micronuclei and apoptosis in Syrian hamster embryo fibroblasts. Environmental Health Perspectives, 110(8), 797–800.
  • Warheit, D. B., Webb, T. R., Reed, K. L., Frerichs, S., & Sayes, C. M. (2007). Pulmonary toxicity study in rats with three forms of ultrafine-TiO2 particles: differential responses related to surface properties. Toxicology, 230(1), 90–104. (http://doi.org/10.1016/j.tox.2006.11.002)

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