nanopoitiers

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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Nano = plus petit + de nouvelles propriétés
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A Hybrot, the Rat-Brained Robot
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Une préoccupation croissante de la communauté internationale
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Risques toxicologiques
inhérents aux
nanobiotechnologies
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1) comportement quantique
particulier
3) Nucleation
2) Adsorption
+
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Biocinétique
Taille
particules
des Type de particule
Observations
Rˇfˇ rence
toxicologi ques
10 nm
PEG quantum dots
distribution dans le foie , la rate, les Ballou
gangli ons lymphatiques et la moell e 2004
osseuse (souris)
et a
l
< 220 nm
Mˇtallo fuller¸ne
forte distribution dans la moelle Caggle
osseuse et dans le foie, forte rˇmanence 1999
dans la moelle osseuse, c
learance
hˇpa tique (mouse)
et
al
90-250 nm
nanoparticules enrobˇe s par d e accumulation dans la moelle os
la SAH-polylactique acide
(rat)
et
al
240 nm
particules en poly styr¸ne (non
biod ˇ gradable)
polyis ohexylcya onacrylate
particules (biod ˇgradable)
seuse Bazile
1992
passage rapide ˆ travers lÕendothˇlium Gibaud
de la moe lle osseuse et rapidement 1996,
phagocytˇ par les cellul es (mouse)
1994
et a l
1998,
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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
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Les effets pro-inflammatoires des nanoparticules
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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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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)
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Interactions spécifiques avec des protéines
Exemple: interaction
Anticorps avec des C60
Jianpeng Ma
autres exemples:Semiconducteur fixation avec des peptides
Fixation Metal-peptides
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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 (IgG, IgM)
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Complement Activation
Clustered IgGs
or 1 IgM
Complement protein
reactions via Classical Pathway
Nucleophilic groups
on surface
Complement protein
reactions via Alternative Pathway
•Generation of Anaphylactic Agents C3A & C5A
•Generation of Leukocyte Receptor C3BC5B
Tissue Damage
Formation of Membrane Attack Complex (MAC)
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Allergies et Nanobiotechologies
Eur J Echocardiography (2005) 6, 363-366
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Aucun Document
ne fait de recommandations
précises
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Les recommandations
de
l’Afssaps
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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.)
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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 rechercher des organes
cibles parfois lointains (SNC) en raison de
phénomènes de translocation, etc.
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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
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• 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
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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
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• 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 Th1
versus réponse Th2). 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.
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La génotoxicité
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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
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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.