A l'échelle nanométrique, les structures ont des propriétés originales, liées aux lois de la physique quantique.

Parce qu'elles sont issues de la science des matériaux, les nanotechnologies sont, au moins en Europe, encore largement inconnues du grand public. Elles consistent à développer des structures à l'échelle du nanomètre (milliardième de mètre) dont les propriétés originales tiennent aux lois de la physique quantique, qui s'appliquent en dessous de 100 nanomètres. Si elles intéressent au premier chef la microélectronique dans sa quête sans fin de miniaturisation, on commence aussi à leur trouver des applications dans la santé. Trois domaines de la médecine sont concernés : le diagnostic (in vitro et in vivo), la recherche de nouveaux médicaments et l'amélioration de leurs performances, et la médecine régénérative.

C'est dans le secteur du diagnostic que les applications industrielles sont les plus proches. Le prototype en est la puce à ADN. Aujourd'hui d'un usage commun dans sa version microscopique, elle se miniaturise sans cesse davantage, tandis que se développent des répliques basées sur d'autres entités biologiques élémentaires comme la protéine ou la cellule. Le groupe Nano du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS) de Toulouse a ainsi développé et validé une nouvelle génération de biocapteurs composés de matrices de micro-membranes de silicium d'une sensibilité dix fois supérieure aux produits actuellement sur le marché. Ces capteurs font actuellement l'objet d'un projet commun avec une équipe de pharmacologie de Montpellier pour développer un nouvel outil de diagnostic du diabète de type I.

Laboratoire sur puce

Le concept voisin de « lab-on-chip » (laboratoire sur puce) est également l'objet d'une miniaturisation toujours plus poussée. « Sur des surfaces de quelques centimètres carrés, on rassemble toutes les étapes du diagnostic, depuis le traitement de l'échantillon jusqu'au rendu du résultat », indique François Chatelain, responsable de l'unité Biopuce au département des sciences du vivant du CEA de Grenoble. Son laboratoire, en collaboration avec STMicroelectronics, a mis au point un « lab-on-chip » intégrant à la fois l'analyse d'ADN et son amplification. L'échelle nanométrique n'est pas encore atteinte, mais la diminution des coûts « matière » et l'accroissement de la vitesse d'analyse sont déjà perceptibles. La vitesse d'une réaction est d'autant plus grande que la distance entre les molécules est faible.

Mais de grands progrès sont également attendus dans le diagnostic in vivo, avec le développement de l'imagerie moléculaire. « Cette technologie autorise une détection de plus en plus précoce et précise des tumeurs ainsi que le développement de traitements plus ciblés et l'évaluation en temps réel de leur action », précise Françoise Vinet, responsable du pôle « microsystèmes pour la biologie et la santé » au Leti-CEA de Grenoble.

Au-delà du diagnostic, les nanotechnologies vont également avoir un impact sur le développement de nouvelles approches thérapeutiques. Elles permettent notamment aux médicaments de mieux atteindre leur cible. C'est ainsi que la société BioAlliance, en collaboration avec le laboratoire mixte CNRS-Faculté de pharmacie de Châtenay-Malabry de Patrick Couvreur, a mis au point une technique d'encapsulation de molécules actives dans des nanostructures. Ces dernières peuvent ainsi atteindre les cellules cibles - ici cancéreuses - sans être dégradées prématurément et en contournant les résistances développées par la tumeur.

Les Américains en tête

La découverte de médicaments est aussi concernée. A terme, la miniaturisation des méthodes de criblage devrait permettre de diminuer la quantité d'échantillon utilisé à une molécule cible par « spot ». La précision de la réponse s'en trouverait accrue, avec la possibilité de multiplier les opérations en parallèle. Le LAAS travaillerait à un projet de ce type avec le laboratoire Pierre Fabre.

La médecine régénérative est le troisième grand champ d'application des nanotechnologies. Elle vise à intervenir in situ, à l'échelle de la cellule ou de la molécule, dans un but préventif ou curatif. L'évolution de l'ingénierie tissulaire vers des matériaux hybrides alliant nanostructures et cellules vivantes pour remplacer les tissus défaillants, pourrait y occuper une place de choix.

Le potentiel associé à l'ensemble de ces approches suscite naturellement l'intérêt de tous les pays technologiquement avancés. En 2004, les investissements publics et privés en R&D dans les nanotechnologies, tous domaines confondus, ont atteint quelque 8 milliards d'euros, les Américains comptant à eux seuls pour près de 3 milliards. En effet, si le Vieux Continent arrive en tête pour les financements publics (nationaux et communautaires réunis), c'est le financement privé qui fait toute la différence aux Etats-Unis (1,7 milliard) et au Japon (1,5 milliard).

Il y a peu de données chiffrées pour les seules applications santé mais, comme elles sont beaucoup plus émergentes, tout donne à penser que le financement privé y est beaucoup plus faible. « Même si les ordres de grandeur ne sont pas les mêmes, l'Europe et la France ne sont pas mal positionnées sur le plan scientifique par rapport aux Etats-Unis , confirme Eric Halioua, directeur chez Arthur D. Little. Mais, en nanomédecine comme en biotechnologie, le capital-risque manque. Or le développement de ces technologies se fera très largement par l'intermédiaire des start-up. Il y a, en effet, dans ce domaine, très peu d'investissements en interne dans les grands groupes pharmaceutiques - sauf éventuellement en galénique. » Et les grands de l'imagerie médicale, s'ils sont beaucoup plus impliqués, travaillent également avec des partenaires extérieurs pour développer les nouveaux produits de contraste à base de nanoparticules.

En France, Toulouse avec le LAAS et Grenoble avec le CEA et l'université Joseph-Fourier s'affirment comme les deux principaux sites, même si d'autres laboratoires, notamment en Ile-de-France, travaillent aussi sur ces sujets. « Une des caractéristiques de la nanomédecine est de mobiliser autour de chaque projet des équipes très pluridisciplinaires », souligne Childérick Severac, chercheur au groupe Nano du LAAS. Cette constatation inspire également le projet NanoBio de Grenoble, financé par les collectivités territoriales. Les 23,5 millions d'euros de la tranche 2005-2009 vont en effet être investis dans des infrastructures et des équipements sur 3 sites : le CEA, l'université et l'hôpital. « Nous voulons favoriser la transversalité entre l'université pour la recherche fondamentale, le transfert de technologie avec le Leti et la validation clinique au CHU », explique Françoise Lartigue, chef de projet NanoBio au Leti-CEA.

Du rêve à la réalité

Même si une poignée de start-up existent déjà, comme Nanobiotix, Flamel Technologies ou BioAlliance pour ne citer que des françaises, les obstacles à surmonter pour que la nanomédecine se banalise restent nombreux. Le cabinet Lux Research estime que, à l'horizon 2014, le chiffre d'affaires des produits issus des nanotechnologies représentera 16 % des produits liés à la santé. Il y a pourtant loin du rêve à la réalité. Le rêve, comme le résume Patrick Boisseau, coordonnateur du réseau d'excellence Nano2 Life, « c'est par exemple le nanorobot qu'on injecte et qui se dirige au site de la tumeur, fait une nanobiopsie et en fonction du résultat largue une certaine quantité de médicament »

La réalité est plus prosaïque. « On travaille sur la fonctionnalisation des surfaces, leur biocompatibilité ou sur la microfluidique », poursuit-il. En outre, si leurs partisans les présentent systématiquement comme révolutionnaires, dans beaucoup de cas leur apport est plutôt incrémental. De toute façon, les nanotechnologies, coûteuses et complexes, cherchent encore très largement leurs applications en santé, où elles sont souvent en concurrence avec des techniques plus robustes et éprouvées. Et on n'a pas encore commencé à aborder les problèmes de production à l'échelle industrielle (sauf pour les nanotubes de carbone et les fullerènes). Enfin, pour qu'elles s'imposent, encore faudra-t-il que le public en veuille. Dans cette optique, les chercheurs ont tout intérêt à associer dès à présent les patients à leurs ambitions, sous peine de voir la nanomédecine faire l'objet d'un rejet semblable à celui des OGM.

CATHERINE DUCRUET ET CÉDRIC DUVAL

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