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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Coupler l’IRM et l’hyperthermie, méthode pour le traitement du cancer

 

Une molécule pour deux applications médicales : c’est que les chercheurs du CIRIMAT(1) de Toulouse, en collaboration avec l'IFW(2) de Dresde (Allemagne) et l'Université de Twente(3) (Pays Bas) ont mis au point en synthétisant des nanoparticules ferromagnétiques de cobalt encapsulées dans des coques de carbone (4). A la fois utilisable pour certaines applications telles que l'hyperthermie (élévation de température localisée permettant notamment la destruction directe ou indirecte des cellules cancéreuses) et comme agent de contraste en IRM, cette particule ouvre des voies prometteuses dans la perspective de coupler un traitement avec un suivi IRM. Ces travaux paraissent dans la revue en ligne Advanced Functional Materials le 15 aout 2011.

 

L’hyperthermie et l’IRM sont des applications médicales (la première pour le traitement, l’autre pour l’imagerie) qui fonctionnent grâce aux propriétés magnétiques des molécules injectées dans le corps. Dans le cas de l’hyperthermie, il est nécessaire de disposer de particules dont la température puisse être élevée de manière externe (non invasive) après s’être fixées à la cellule cancéreuse, par exemple par application d'un champ magnétique externe. Cette élévation de température locale permet d'endommager sélectivement les tissus cancéreux (plus sensibles), et aussi d'augmenter l'efficacité des traitements systémiques (chimiothérapie). Pour l’IRM, ce sont également les propriétés magnétiques des particules qui en font des agents de contraste. Le gadolinium est l'élément le plus utilisé pour cette application mais le cobalt est lui aussi réputé pour être un élément conduisant à un contraste important en IRM.

Les nanoparticules de cobalt conçues par les chercheurs toulousains, allemands et néerlandais(7), ont les propriétés requises pour les deux applications (5). Et bien que les taux d’absorption spécifiques mesurés, qui permettent de déterminer l’échauffement potentiel chez le patient, soient un peu plus faibles que ceux actuellement requis pour une application clinique (6), la perspective de couplage des deux applications est maintenant envisageable.

De plus, l’encapsulation dans du carbone présente plusieurs avantages. La présence de ces coques étanches autour des nanoparticules (généralement entre 2 et 3 coques concentriques) les protège efficacement de l'oxydation, notamment par l'air, et améliore donc la stabilité de la particule. La protection par le carbone joue également un rôle important pour empêcher toute dissolution du métal dans l'organisme, quel que soit le pH. Les essais de biocompatibilité réalisés sur des cultures cellulaires (in vitro) ont comparé l'effet de ces nanoparticules avec d'autres particules commerciales et ont montré une toxicité moins élevée.

Enfin, cette encapsulation ouvre la voie vers la vectorisation : en fonctionnalisant la surface du carbone, par exemple avec des peptides ou des anticorps, il devrait être possible de cibler des organes spécifiques et ainsi d'augmenter encore l'efficacité des traitements.

 

(1) Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingenierie des Matériaux, CNRS / Université Toulouse III – Paul Sabatier / Institut national polytechnique de Toulouse

(2) Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden

(3) SupraMolecular Chemistry and Technology MESA + Institute for Nanotechnology

(4) Dans le cadre du Marie Curie Research Training Networks - CARBIO (FP6),

(5) Magnétisation à saturation de 106 emu/g, coercivité de 250 Oe

(6) 28,7 W/g de Co à 30 kA/m et 215,4 W/g à 70 kA/m

(7) Ces nanoparticules sont préparées par réduction de cobalt(II) en solution solide dans de la magnésie, par de l'hydrogène. Une fois ces nanoparticules formées, les chercheurs les mettent en contact avec du méthane à haute température. Le méthane se décompose de façon catalytique sur les nanoparticules et leur concentration en carbone augmente progressivement. Lors du refroidissement, la solubilité du carbone dans le cobalt diminue progressivement, et le carbone se retrouve expulsé sous forme de coques concentriques et étanches. Il ne reste plus qu'à éliminer le support (magnésie) par lavage à l'acide… la protection par les coques de carbone protège les nanoparticules de cobalt lors de cette opération.

Image de Microscopie Electronique à Transmission de nanoparticules de Co encapsulées dans des coques de carbone et contraste obtenu en IRM pour différentes concentrations.

© Emmanuel Flahaut - CIRIMAT

 

Références

 

Petar Lukanov , Vijay K. Anuganti , Yulia Krupskaya , Anne-Marie Galibert , Brigitte Soula , Carmen Tilmaciu , Aldrik H. Velders , Ruediger Klingeler , Bernd Büchner et Emmanuel Flahaut

CCVD Synthesis of Carbon-Encapsulated Cobalt Nanoparticles for Biomedical Applications

Advanced functional materials, août  2011

 

Contacts chercheurs 

Emmanuel Fahaut,  Cirimat, Toulouse Tel : +33(0)5.6155.6970
Courriel : flahaut@chimie.ups-tlse.fr

Tél : 05 61 55 69 70

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

22 septembre 2011

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