Comment les nanoparticules pénètrent-elles dans le cerveau et l’affectent-elles?
Grâce à la barrière hémato-encéphalique (BHE), le cerveau humain est bien protégé. En fonctionnant comme un champ de force autour du cerveau, la BHE empêche que les agents pathogènes et les toxines potentiellement dangereux ne pénètrent, tout en permettant le passage de nutriments vitaux. Toutefois, même si la BHE est extrêmement efficace dans sa tâche, elle n’est pas parfaite. «Il a été prouvé que des nanomatériaux dérivés de la pollution atmosphérique sont présents dans le cerveau de personnes dans des environnements urbains très pollués», déclare Éva Valsami-Jones, professeure de nanosciences environnementales à l’Université de Birmingham. «La grande question est de savoir comment ces nanomatériaux peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique.» Coordonné par Éva Valsami-Jones et dirigé par Zhiling Guo, titulaire d’une bourse individuelle Marie Skłodowska-Curie, le projet NanoBBB, financé par l’UE, a étudié la manière dont les nanomatériaux pénètrent dans le cerveau à travers la BHE et les répercussions sur l’organisme humain.
Un bouclier imparfait
À l’aide de plusieurs techniques avancées de rayons X et de balayage, l’équipe a testé un éventail de nanomatériaux de métal et d’oxyde de métal à taille, forme et composition diverses. «En fournissant une résolution extraordinaire de processus très complexes à petite échelle, ces techniques nous permettent d’observer en détail le comportement des nanomatériaux dans l’ensemble de la barrière hémato-encéphalique», explique Zhiling Guo. En utilisant une BHE artificielle qu’elle a élaborée en laboratoire, Zhiling Guo a découvert que l’argent et l’oxyde de zinc, deux nanomatériaux utilisés abondamment dans les produits quotidiens de consommation et de soins de santé, sont particulièrement bien adaptés au passage de la BHE. «En raison de leurs propriétés physiochimiques uniques, ces matériaux sont susceptibles de se transformer et de traverser la barrière modèle sous la forme de particules ou d’ions dissous», explique Zhiling Guo. L’équipe a ensuite compilé ses découvertes dans une base de données unique sur la transformation chimique et le transport de nanomatériaux. «Ces informations sont essentielles pour évaluer la sécurité des produits qui utilisent ces types de nanomatériaux», ajoute Éva Valsami-Jones. «Elles joueront également un rôle fondamental dans le développement de futures applications biomédicales des nanomatériaux.» Zhiling Guo travaille actuellement au téléchargement de l’ensemble de données complet dans un référentiel de données sur la nanosécurité. Par la suite, les données seront entièrement à la disposition du reste des chercheurs.
Risques et avantages
Le projet NanoBBB est parvenu à fournir de nouvelles informations importantes sur la manière dont les nanomatériaux peuvent traverser la BHE. «Non seulement ces informations peuvent aider à protéger le cerveau de nanomatériaux potentiellement dangereux, elles ouvrent également la porte à la conception de formules nanocompatibles capables d’administrer des traitements médicamenteux ciblés au cerveau», explique Zhiling Guo. «En outre, notre travail permet le développement de simulations informatiques pour prédire le transport, la transformation et l’adoption de nanomatériaux à travers la barrière hémato-encéphalique», fait remarquer Éva Valsami-Jones. Les chercheurs envisagent de chercher des financements supplémentaires pour mener des expériences in vivo avec un large éventail de nanomatériaux et de comparer la perméabilité d’autres barrières biologiques.
Mots‑clés
NanoBBB, nanomatériaux, cerveau, barrière hémato-encéphalique, BHE, pollution atmosphérique, rayons X, biomédical, traitements médicamenteux