Journal de la nanomédecine et de la découverte biothérapeutique
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Nanotechnologies bio-inspirées comme système d'administration de médicaments

Ahmad U

Les développements technologiques dans le domaine de la santé ont été au centre des préoccupations au cours de la dernière décennie. L'essor des plateformes thérapeutiques nano a permis de réaliser des avancées récentes dans la lutte contre des maladies mortelles comme le cancer. De nombreuses recherches ont déjà été menées sur des systèmes nanotechnologiques tels que les liposomes, les nanoémulsions, les dendrimères et les micelles. Récemment, les nanotubes de carbone et les points quantiques ont été au centre des préoccupations pour leurs capacités thérapeutiques et diagnostiques. La plupart de ces systèmes sont utilisés pour améliorer les profils de solubilité et de biodisponibilité de certains médicaments ainsi que leurs capacités de ciblage dans une certaine mesure. Cependant, les préoccupations toxicologiques et environnementales liées aux nanomatériaux utilisés dans ces systèmes ont suscité l'inquiétude des chercheurs et les ont ainsi obligés à trouver de nouvelles passerelles pour l'administration de médicaments aux sites cibles. Au cours de cette décennie, on a assisté à une forte augmentation des systèmes d'administration de médicaments bio-inspirés et biomimétiques. Les plateformes bio-inspirées imitent les composants naturels à l'intérieur du corps, ce qui les rend plus sûres et plus efficaces pour administrer des médicaments.

Depuis son introduction il y a plusieurs décennies, la nanotechnologie a apporté des solutions prometteuses dans le secteur de la santé. Elle a été largement utilisée à des fins diagnostiques et thérapeutiques. Des plateformes telles que les liposomes, les dendrimères, les nanoémulsions, les micelles et les nanotubes de carbone ont été utilisées efficacement pour le traitement du cancer. Ces systèmes offrent également l'avantage de minimiser les inconvénients associés aux médicaments tels que la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité. La nanotechnologie a touché tous les domaines de la vie, y compris l'industrie alimentaire et cosmétique. Son succès est largement salué par la communauté scientifique, offrant de nouvelles applications de jour en jour. Cependant, certains chercheurs ont soulevé une véritable préoccupation liée à la toxicité des nanomatériaux à l'intérieur du corps. Étant donné que les nanoparticules sont de taille extrêmement petite, elles pénètrent profondément dans les tissus et les cellules. Les chercheurs s'inquiètent de leur élimination du corps. Certaines recherches révèlent que les nanomatériaux inorganiques se déposent profondément dans les tissus et provoquent de graves effets secondaires sur le corps humain. L'utilisation de  substances organiques et biodégradables dans la formulation nano a minimisé ce problème dans une certaine mesure. Cependant, une approche complète, sûre et fiable est une nécessité pour une administration réussie des médicaments. C'est là que les systèmes de distribution bio-inspirés prennent tout leur sens. Il a été observé que l'imitation de la manière dont la nature transporte les substances et les cellules à l'intérieur du corps pourrait aider à améliorer l'activité pharmacologique et à réduire les effets secondaires inévitables associés aux médicaments.

Les systèmes avancés d'administration de médicaments se comportent comme un superordinateur. Ils offrent à la fois des composants « matériels » et « logiciels » qui contrôlent la manipulation et l'administration du médicament et régulent la libération locale ou systémique et détectent également le microenvironnement à travers lequel le médicament doit passer pour atteindre le site d'action. Les systèmes d'administration de médicaments bio-inspirés sont conçus de manière familière aux molécules biologiques qui sont continuellement transportées à l'intérieur du corps. Le biomimétique a été récemment défini comme un domaine scientifique émergent qui comprend l'étude de la manière dont la nature conçoit, traite et assemble/désassemble les blocs de construction moléculaires pour fabriquer des matériaux souples haute performance et des composites minéraux-polymères, puis applique ces conceptions et processus pour concevoir de nouvelles molécules et de nouveaux matériaux aux propriétés uniques. Les molécules biologiques comme les érythrocytes, les fantômes bactériens et les cellules souches et dendritiques génétiquement modifiées ont été largement utilisées et acceptées à des fins d'administration de médicaments. Leurs propriétés uniques les rendent adaptées aux études in vivo. Par exemple, les érythrocytes rescellés ont été largement exploités pour l'administration de nanoparticules. Les médicaments pourraient être incorporés au cœur des globules rouges ou fixés à la surface pour une administration réussie des médicaments. Les bactéries utilisent des fimbriae et des filaments flagellaires pour se fixer à la muqueuse humaine. Cette propriété unique des bactéries pourrait être exploitée dans l'administration muco-adhésive de médicaments à partir de nanoparticules. Des inspirations similaires ont été tirées des attaches auto-agrippantes de type Velcro, des adhésifs inspirés de Gecko (à base géométrique) et des protéines adhésives de moules pour une administration réussie des médicaments.

Les médicaments délivrés via des mécanismes bio-inspirés ont tendance à rester à l'intérieur du corps humain pendant une durée plus longue et développent des stratégies uniques pour échapper au système immunitaire de l'hôte. Les bactéries utilisées pour le développement de systèmes d'administration bio-inspirés ne sont pas pathogènes et généralement considérées comme sûres (GRAS). Parmi elles, on trouve Lactococcus lactis, qui est utilisé pour la production de protéines, et Streptococcus gordonii, qui a la capacité de coloniser la surface muqueuse de la cavité buccale, nasale et vaginale. Outre la production de cytokines et d'enzymes, des bactéries pathogènes atténuées ont également été utilisées pour cibler les tumeurs. De même, les chercheurs ont développé une machine nano appelée « microbots », qui sont essentiellement des bactéries qui ont été utilisées pour charger des nanoparticules pour une administration réussie aux sites souhaités.