Réalisé par :  ENNISSIOUI Jaouad  AIT ALLOU Mohamed Encadré par : Pr. BOUGHRARA Mourad Master Matériaux Avancés et Energies Renouvelables : Nanomatériaux I 23/02/20191

Introduction Partie I: Les nanoparticules magnétiques (NPMs) - Définition et Généralités - Préparation des NPMs Partie II: Applications des NPMs dans le corps humain - Délivrance ciblée et principe de fonctionnement - Hyperthermie magnétique et traitement de cancer - Résultats.. Conclusion 23/02/20192

Au cours des dernières années, les travaux de recherche ont porté leur intérêt sur les nanoparticules magnétiques (NPMs), que ce soit pour l’étude des caractéristiques et des propriétés des nano-objets (compositions chimiques, propriétés magnétiques, thermiques..) ou pour l’utilisation concrète en tant que des outils de diagnostic ou même de thérapie. Dans le domaine biomédical, les nanoparticules magnétiques sont principalement utilisées comme marqueurs, agents de ciblage ou agents de contraste. Dans ce domaine, il existe de nombreuses applications faisant appel aux nanoparticules magnétiques surtout l’hyperthermie magnétique contrôlée à la thérapie cancéreuse. 23/02/20193

Partie I: Les nanoparticules magnétiques 23/02/20194

1.Définition et Généralités Figure 1 : Nanoparticule magnétique 23/02/20195

1.Définition et Généralités 23/02/20196

Figure 2 : Alignement des moments magnétiques des nanoparticules magnétiques avec et sans un champ (ou une induction) magnétique d’excitation externe. Figure 3 : Réponses magnétiques avec et sans hystérésis respectivement en rouge et vert c’est le volume de nanoparticules magnétiques. Pour des applications dans le domaine biomédical, le contrôle de la stabilité de ces suspensions est d’une importance majeure. En effet, ces nanoparticules ont des surfaces hydrophobes (interactions). Remarque 1.Définition et Généralités 23/02/20197

Figure 4 : Nanoparticule magnétique avec son cœur (en magnétite par exemple), sa couche de polymère et quelques exemples de fonctionnalisation. 2.Préparation des NPMs Médicament La dominance des interactions répulsives entre les nanoparticules pour rendre la suspension homogène et stable est donc nécessaire. Une modification de la surface des nanoparticules est alors indispensable (Enrobage). 23/02/20198

Stabilisateurs d’enrobage Fonctionnalisation des NPMs PolymèresAvantages Polyéthylène glycol (PEG) L’immobilisation non covalente du PEG sur la surface améliore la biocompatibilité, le temps de circulation dans le sang et l'efficacité d'internalisation des nanoparticules. Polypeptides Adéquat pour la biologie cellulaire, par exemple le ciblage des cellules. Gélatine Utilisé comme agent gélifiant, émulsifiant hydrophile biocompatible, polymère naturel. Protéines /LigantsAvantages Transferrine Très utilisée comme ligand pour le ciblage d’agents anti-cancers, protéines et gènes. Insuline Utilisée pour la régulation du niveau de glucose dans le sang. Acide folique Cible les cellules cancéreuses, faiblement gênant, il facilite l’internalisation des particules. 23/02/ Préparation des NPMs

Partie II: Applications des nanoparticules magnétiques (NPMs) dans le corps humain 23/02/201910

23/02/ Médicament Diagnostic : (Imagerie médicale, pathologie, danger du maladie, dépistage..) Figure 5 : Processus du déclenchement de cancer via des SPIONs

23/02/ Applications des nanoparticules magnétiques (NPMs) dans le corps humain La délivrance de médicaments passive fait référence au transport par diffusion ou convection de nanoparticules à travers le réseau capillaire entourant la tumeur, lequel présente une porosité plus élevée qu’un réseau capillaire sain, ou par l’utilisation d’un champ magnétique extérieur. 1.Délivrance ciblée et principe de fonctionnement Figure 7 : Délivrance des NPMs vers les cellules tumorales

23/02/ Il est important de contrôler les paramètres agissent sur les cellules à traiter tels que la dose (concentration < 0,1 mg/ml), la taille (dizaines de nm), et la durée de l’échauffement à appliquer afin de ne pas endommager également des cellules saines. Figure 8 : Localisation des NPMs sur les cellules ciblées Applications des nanoparticules magnétiques (NPMs) dans le corps humain 1.Délivrance ciblée et principe de fonctionnement

23/02/ Figure 9 : Processus du déclenchement de cancer via des SPIONs Applications des nanoparticules magnétiques (NPMs) dans le corps humain Remarque La production de chaleur se fait par deux mécanismes : 1- Variation de l’aimantation dans les particules magnétiques. 2- Rotation mécanique des particules elles-mêmes dans le fluide s’échauffant alors par frottements visqueux. 1.Délivrance ciblée et principe de fonctionnement

L’hyperthermie c’est une technique de l’élévation de la température dans le corps, son principe est de chauffer la zone tumorale jusqu’à obtenir une destruction de la tumeur en préservant au mieux les tissus sains avoisinants.  L’hyperthermie la plus concernée par les recherches actuelles est celle qui permet d’atteindre un chauffage des cellules compris entre 41°C et 45°C. Applications des nanoparticules magnétiques (NPMs) dans le corps humain 1.Hyperthermie magnétique et traitement de cancer Figure 6 : Hyperthermie magnétique 23/02/201915

Le principe de fonctionnement de l’hyperthermie magnétique est basé sur la production de chaleur par les particules magnétiques (chauffées en précession) lorsque celles-ci sont soumises à un champ magnétique alternatif de suffisamment fortes fréquences (centaine de kHz à GHz) et d’amplitudes d’une dizaine de mT peut être atteint durant quelques minutes pour détruire ou endommager les cellules ciblés ou tumorales. 23/02/ Applications des nanoparticules magnétiques (NPMs) dans le corps humain La majorité des cellules tumorales ont une faible quantité d’oxygène et le pH y est plus bas comparativement à des cellules saines. Grande sensibilité à l’échauffement par rapport aux cellules saines. Donc si un seuil de température de 42-46°C peut être atteint durant quelques minutes, les cellules cancéreuses sont détruites avant les cellules saines. 1.Hyperthermie magnétique et traitement de cancer Les NPMs sont les bons candidats pour l’hyperthermie locale.

23/02/ Applications des nanoparticules magnétiques (NPMs) dans le corps humain 3.Résultats..

Efficacité de l’hyperthermie magnétique :  Expérience élaborée par Fumiko Matsuoka et al. : Deux groupes de hamster souffrant d’une tumeur ont été utilisés. Le groupe auquel a été injecté des SPIONs, après avoir été exposé à un champ magnétique externe : durant 10 mn, trois fois en 24 h en atteignant une température localisée de 42°C, comme résultat une rémission totale de la tumeur en seulement 12 jours. Le groupe n’ayant pas été traité par hyperthermie n’a montré aucune rémission. 23/02/ Applications des nanoparticules magnétiques (NPMs) dans le corps humain 3.Résultats..

23/02/ Applications des nanoparticules magnétiques (NPMs) dans le corps humain 3.Résultats.. Figure 10 : Tableau illustre des résultats similaire à l’expérience faite par Fumiko Matsuoka et al.

Conclusion L’utilisations des nanoparticules magnétiques dans le domaine biomédical est primordiale à cause de leurs sécurité soigneuse qui est bien ciblée vers les cellules tumorales, et surtout l’exploitation de leurs propriétés magnétiques dans l’hyperthermie. La délivrance des médicaments ont un intérêt majeur pour les localiser afin de traiter notre maladie en se basant sur l’application d’un champ magnétique. La préparation de ces nano-objets reste la partie la plus importante dirigée à être un médicament biocompatible dans l’organisme. 23/02/201920

Bibliographie :  Mélissa MORCRETTE, Thèse de l’université Grenoble Alpes (2015).  Kamel Fodil, Thèse de l’université Caen Basse- Normandie (2014).  Nicolas Hallali, Thèse d’INSA de Toulouse (2016). 23/02/