Les nanotechnologies dans le domaine de la santé

(Risques/Bénéfices

Agence Française de Sécurité Sanitaire des Produits de Santé

Département ToxicologieDr 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 Une préoccupation croissante de la communauté internationale

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Risques toxicologiques inhérents aux

nanobiotechnologies

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2) Adsorption

3) Nucleation

1) comportement quantique particulier

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Biocinétique

Taille des particules

Type de particule Observations

toxicologiques

Rˇfˇ rence

10 nm PEG quantum dots distribution dans le foie , la rate, les ganglions lymphatiques et la moell e osseuse (souris)

Ballou et a l 2004

< 220 nm Mˇtallo fuller¸ne forte distribution dans la moelle osseuse et dans le foie, forte rˇmanence dans la moelle osseuse, c learance hˇpa tique (mouse)

Caggle et al 1999

90-250 nm nanoparticules enrobˇe s par d e la SAH-polylactique acide

accumulation dans la moelle os seuse (rat)

Bazile et al 1992

240 nm particules en polystyr¸ne (non biodˇgradable) polyisohexylcyaonacrylate particules (biodˇgradable)

passage rapide travers lÕendothˇlium de la moe lle osseuse et rapidement phagocytˇ par les cellules (mouse)

Gibaud et a l 1996, 1998, 1994

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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 single-wall 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 (2004)

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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:Semi-conducteur 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 ProteinsAntibodies (IgG, IgM)

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Complement Activation

Clustered IgGsor 1 IgM

Nucleophilic groupson surface

Complement proteinreactions via Classical Pathway

Complement protein reactions via Alternative Pathway

•Generation of Anaphylactic Agents C3A & C5A•Generation of Leukocyte Receptor C3BC5B

Formation of Membrane Attack Complex (MAC)

Tissue Damage

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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)

49L’immunotoxicité

• 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

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.