APPLICATIONS BIOMEDICALES DES NANOPARTICULES MAGNETIQUES

Les nanoparticules à trois dimensions nanométriques

Ce sont des nanoparticules dont les trois dimensions sont comprises entre 1 et 100 nm. Dans cette catégorie, on retrouve un grand nombre de nanoparticules, tels que :
-les agrégats d’atomes
-les nanoparticules métalliques, amorphes ou cristallines (or, platine, argent, cuivre, cobalt, fer, etc.)
– les fullerènes (variété allotropique sphérique ou pseudo sphérique du carbone)
– les nanoparticules isométriques dérivées d’oxydes, de sulfures, de séléniures, de nitrures, de carbures par exemple, les nanoparticules de magnétite (Fe3O4), de sulfure ou de séléniure de cadmium (CdS et CdSe).

Les micelles

Les micelles sont des auto-assemblages de molécules amphiphiles qui forment des structures de type cœur-coquille (« c ore-Shell » en anglais) en milieu aqueux. Les micelles se forment lorsque la concentration en surfactants dans le milieu dépasse une valeur seuil nommé concentration micellaire critique. Dans ce cas, les molécules amphiphiles s’auto assemblent pour regrouper leurs parties hydrophobes et exposer en surface uniquement leurs domaines hydrophiles. Les micelles sont donc des systèmes supramoléculaires qui sont en équilibre avec les molécules amphiphiles en solution [4]. Différents types de micelles ont ainsi été obtenues en fonction des surfactants utilisés. On peut ainsi citer les micelles à base de phospholipides ou de surfactants pegylés, mais ce sont celles utilisant des copolymères qui concentrent la plus grande partie de la recherche actuelle [9-12].

Nanoparticules inorganiques

Outre les nanoparticules organiques, des nanoparticules inorganiques ont également été développées. Les plus courantes sont les nanoparticules métalliques d’or [27, 28] ou d’argent, les nanoparticules magnétiques [29], les nanoparticules en silice [30] et les nanocristaux semi-conducteurs [31-34]. Pour ce qui est des particules magnétiques leur développement se fait à partir d’oxydes de fer superparamagnétiques. Ces particules sont constituées de petites particules de maghémite (Fe2O3) ou de magnétite (Fe3O4), de quelques nanomètres de diamètre, qui peuvent être encapsulées dans une matrice de silice, de polymère ou de polysaccharide (dextran). Ces particules magnétiques sont désignées par le terme SPIO (« Superparamagnétic Iron Oxid ») pour celles dont la taille est comprise entre 50 et 500 nm, et USPIO (« U ltra small Superparamagnétic Iron Oxid ») si leur diamètre est inférieur à 50 nm. Il existe également des nanoparticules d’oxydes de fer monocristallines de moins de 3 nm de diamètre ou MION en anglais (« Monocristalline Iron Oxyde Nanoparticles ») encapsulés dans une coque de dextran pour aboutir à une taille d’environ 10 nm. Parmi les nanoparticules inorganiques largement étudiées, on peut également citer le cas des nanocristaux semi-conducteurs fluorescents, plus connus sous leur dénomination anglaise « Quantum dots » (boîtes quantiques en français). Ces objets mesurant entre 2 et 10nm de diamètre sont composés d’un cœur cristallin semi-conducteur. Les couples d’éléments les plus couramment utilisés sont les suivants : c admium/sélénium, cadmium/tellure, indium/arsenic ou indium/phosphore. Ce cœur est généralement recouvert d’une coque de sulfure de zinc afin de passiver la surface tout en stabilisant les propriétés optiques de ces nanoparticules. En vue d’améliorer le comportement biologique des nanoparticules, des modifications de leurs propriétés de surface ont été réalisées, conduisant ainsi à trois générations de nanoparticules.

Les bactéries magnétotactiques

Le magnétotactisme est la faculté de s’orienter et de se mouvoir suivant la direction du champ magnétique. Ainsi, les bactéries magnétotactiques se déplacent suivant les lignes de champ du champ magnétique terrestre afin de retrouver les sédiments nécessaires à leur survie. Découvertes en 1975 par Blakemore, elles utilisent des cristaux de magnétite (ou pa rfois greigite) pour s’aligner suivant le champ magnétique terrestre. Ces cristaux, dont la taille est comprise entre 30 et 100nm, sont entourés d’une membrane phospholipidique pour former ce que l’on appelle un magnétosome. Les différents magnétosomes d’une bactérie sont souvent disposés à la suite les un des autres, pour former une véritable aiguille de boussole sur la longueur de la bactérie [5]. Ces particules constituent de petits aimants permanents qui sont sensibles au champ magnétique terrestre, selon lequel les bactéries se retrouvent orientées. La composante principale du champ terrestre est horizontale, dirigée vers les pôles, mais le champ terrestre a une autre composante, verticale, dix fois plus faible. En se déplaçant grâce à leurs flagelles selon l’orientation appropriée des lignes de champ, les bactéries s’enfoncent dans l’eau, vers les zones profondes les moins riches en oxygène qui constituent un milieu plus favorable à leur vie. Dans l’hémisphère sud, la composante verticale du champ terrestre est de signe opposé à son o rientation dans l’hémisphère nord. L’aimantation des nanoparticules est également inversée bien que le processus d’aimantation fonctionne encore. Les nanoparticules produites par les bactéries magnétotactiques sont de forme et de taille régulière. Aussi, leur culture est utilisée comme un moyen de production de nanoparticules. Grace à la présence d’une membrane protectrice, les particules forment des suspensions homogènes [2].

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Table des matières

Introduction
PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR LES NANOPARTICULES ET SUR LE MAGNETISME
I- Généralités sur les nanoparticules
I-1 Définition des nanoparticules
I-2 Taille des nanoparticules comparée à celles des principales structures biologiques
I-3 Classification des nanoparticules
I-3-1 Classification des nanoparticules selon leur morphologie [5]
I-3-1-1 Les nanoparticules à trois dimensions nanométriques
I-3-1-2 Les nanoparticules à deux dimensions nanométriques
I-3-1-3 Les nanoparticules à une dimension nanométrique
I-3-2 Classification selon leur composition chimique
I-3-2-1 Les liposomes
I-3-2-2 Les micelles
I-3-2-3 Les nanoparticules polymériques
I-3-2-4 Nanoparticules lipidiques
I-3-2-5 Nanoparticules inorganiques
I-3-3 Classification selon leurs propriétés de surface : les trois générations de nanoparticules
I-3-3-1 Première génération
I-3-3-2 Seconde génération : les nanoparticules furtives
I-3-3-3 Troisième génération : les nanoparticules ciblantes
II- Généralités sur le magnétisme
II-1 Définition du magnétisme
II-2 Susceptibilité magnétique et aimantation
II-3 La force magnétique
II-4 Les moments cinétiques et magnétiques orbitaux
II-5 Les moments cinétiques et magnétiques de spin
II-6 Le moment magnétique et cinétique de l’atome
II-7 Les différents types de magnétisme
II-7-1 Le magnétisme non coopératif
II-7-1-1 Le diamagnétisme
II-7-1-2 Le paramagnétisme
II-7-2 Le magnétisme coopératif
II-8 Cycle d’aimantation des particules magnétiques
DEUXIEME PARTIE : LES NANOPARTICULES MAGNETIQUES
I- Les nanoparticules magnétiques dans la nature
I-1 Les bactéries magnétotactiques
I-2 La navigation magnétique des animaux
II- les nanoparticules magnétiques pour la délivrance de médicaments
II-1 Objectif
II-2 Méthodologie
II-3 les nanoparticules magnétiques
II-3-1 Définition
II-3-2 Structure
II-3-3 Préparation
II-3-3-1 Rappels sur les principales stratégies de répulsion possibles entre les nanoparticules
II-3-3-2 Méthodes de Synthèse
II-3-4 Modification de surface des nanoparticules : Encapsulation dans une coquille de silice
II-3-5 Fonctionnalisation de surface avec les ligands de ciblage
II-4 Propriétés magnétiques des nanoparticules
II-4-1 Formation de monodomaines magnétiques
II-4-2 L’anisotropie magnétique
II-4-3 Le superparamagnétisme des particules
II-4-4 Le Paramagnétisme géant des solutions de nanoparticules
II-4-5 Relaxation des moments magnétiques
II-4-6 Influence de la modification de surface sur les nanoparticules magnétiques
III- Applications des nanoparticules magnétiques dans le domaine biomédical
III-1 La délivrance de médicaments par les nanoparticules magnétiques
III-1-1 Définition de la vectorisation
III-1-2 Avantages de la vectorisation
III-1-3 Principe de la délivrance de médicaments par les nanoparticules magnétiques
III-2 La séparation magnétique
III-3 Agent de contraste en imagerie par résonnance magnétique
III-4 Traitement des tumeurs par hyperthermie
Conclusion
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES