Construire des nanomatériaux sûrs à partir de rien
Les nanomatériaux manufacturés constituent une avancée significative dans la conception et le développement des matériaux. Les propriétés qui découlent de leur échelle, de leur architecture précise et de leur ingénierie les rendent utilisables dans divers domaines tels que la médecine, l’électronique, le conditionnement, l’alimentation, l’énergie et l’aérospatiale. La relation entre leur conception précise et leur comportement dans les systèmes biologiques et l’environnement a conduit à la proposition selon laquelle les nanomatériaux peuvent être conçus pour être sûrs dès leur conception. Ce concept pourrait orienter dans une large mesure le développement des nanomatériaux afin d’optimiser leur utilité dans la résolution de problèmes et le développement de produits, et de limiter les risques de toxicité pour l’homme et l’environnement.
Éliminer le décalage entre la production et le criblage des nanomatériaux
Les approches actuelles en matière de nanomatériaux reposent généralement sur la production par lots de nanomatériaux et sur un criblage conventionnel in vivo et in vitro. «Les nanomatériaux produits par lots sont stockés et transportés jusqu’au lieu où ils seront examinés. Toutefois, cela pose des problèmes. Premièrement, le nanomatériau vieillit avec le temps et nombre de ses propriétés peuvent avoir évolué au moment où il est soumis au criblage; deuxièmement, cette approche implique des efforts, du temps et des ressources considérables», fait remarquer Andrew Nelson, coordinateur du projet SABYDOMA, financé par l’UE. SABYDOMA a donc élaboré une nouvelle approche pour concevoir des nanomatériaux plus sûrs en établissant des plateformes à haut débit permettant de fabriquer des nanomatériaux et d’examiner leur toxicité directement au point de production, éliminant ainsi l’attente relative au transport des nanomatériaux en vue de leur évaluation et rationalisant et accélérant à la fois la production de nanomatériaux et l’évaluation de leur sécurité.
Des technologies avancées à l’origine de nanomatériaux sûrs dès leur conception
«SABYDOMA s’attaque de front aux problèmes de toxicité potentielle des nanomatériaux en associant une plateforme innovante de criblage à haut débit à une unité de production de nanomatériaux en ligne. Notre plateforme utilise des éléments de capteurs physicochimiques et biologiques, les signaux résultants étant utilisés pour contrôler la reconception et la production de nanomatériaux sûrs et fonctionnels au sein d’une boucle de rétroaction», souligne Andrew Nelson. «Ces plateformes sont étayées par des simulations informatiques utilisant le contrôle prédictif par modèle, qui permet de prédire le comportement futur du nanomatériau.» L’équipe du projet utilise différentes plateformes de criblage pour examiner en parallèle les paramètres physiques, chimiques et toxicologiques. Elles sont directement connectées à la ligne de production et lui renvoient les résultats des tests de criblage, permettant d’ajuster les paramètres de la ligne de production de nanoparticules afin d’accroître la sécurité. L’un des modules de criblage est une plateforme microfluidique servant d’outil en ligne pour le criblage de la toxicité. Il s’agit d’une cartouche microfluidique dotée d’une puce à réseaux de trous à l’échelle microscopique surmontée d’une fine membrane transparente en nitrure de silicium. Les cellules de mammifères concernées sont placées sur la membrane en nitrure de silicium qui comporte des centaines de trous microscopiques, puis la substance à tester est acheminée vers les cellules par des canaux microfluidiques. S’il y a un effet biologique, les cellules changent de comportement et de structure, ce qui est surveillé par différentes mesures. De multiples cibles in vitro (certaines développées dans le cadre du projet HISENTS) ont également été utilisées dans d’autres plateformes de criblage dont la réponse aux nanomatériaux est combinée pour donner un score de toxicité.
Sécurité dès la conception: l’objectif ultime des nanotechnologies
«La toxicité des nanomatériaux sera toujours prise en compte dans les nouvelles applications des nanotechnologies, de la même manière que les produits chimiques innovants doivent faire l’objet d’un examen de routine avant d’être utilisés dans une procédure ou une application quelconque», fait remarquer Andrew Nelson. «L’approche en ligne de SABYDOMA permet de concevoir des nanomatériaux sûrs et durables et de fabriquer des produits chimiques et pharmaceutiques plus sûrs, en réduisant la nécessité de procéder à des essais ultérieurs. Cette innovation importante permettra non seulement de prévenir les risques potentiels, mais aussi d’accélérer le processus de production, de réduire les coûts de fabrication et de limiter les déchets dans le cadre de l’économie circulaire.»
Mots‑clés
SABYDOMA, nanomatériaux, criblage, toxicité, sécurité dès la conception, chaîne de production, en ligne, contrôle prédictif par modèle
