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N° 21
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Le point sur...

Regard sur les nanobiotechnologies
René Trégouët

Ces paragraphes concluent l'intervention prononcée lors de l’ouverture du Colloque sur les Révolutions de la Santé, le 17 Octobre 2001, au Sénat, par le sénateur René Trégouët
@RT Flash Lettre #165 du 20 au 26 Octobre 2001
Les lettres sont consultables sur le site @RT Flash http://www.tregouet.org/lettre/index.html

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Pour boucler ce tour d’horizon, il me faut vous parler de la convergence de la biologie, de l’informatique et des nanotechnologies qui se rassembleront sous le terme nouveau de nanobiotechnologies.

Couverture de Pour la Science, octobre 2001Outre les thérapies géniques et l’utilisation maîtrisée des cellules souches, deux autres révolutions fondamentales vont totalement bouleverser la biologie et la médecine au cours des 30 prochaines années.
La première de ces révolutions, d'ordre théorique, est l'extraordinaire développement de la bioinformatique qui va permettre l'avènement d'une véritable biologie virtuelle comme le souligne le remarquable article publié ce mois dans la revue «Pour la Science».

En utilisant les gigantesques bases de données accumulées sur notre génome et demain sur notre protéome, et grâce à de nouveaux modèles mathématiques et à l'énorme puissance de calcul des futures générations de superordinateurs -100 téraflops en 2005 et 1000 téraflops en 2010 soit 10 millions de milliards d'opérations par seconde- il sera possible dans une dizaine d'années de simuler très rapidement les évolutions possibles des systèmes biologiques les plus complexes. On pourra alors concevoir et tester de manière virtuelle et très rapidement des molécules spécifiques qui auront exactement les propriétés thérapeutiques souhaitées.

L'autre révolution sera constituée par l'utilisation généralisée des nanomachines comme agents permanents de surveillance dans notre corps et comme outils thérapeutiques d'une précision inimaginable. La nanotechnologie est la science qui permet de construire des éléments à une échelle incroyablement petite, pouvant aller de 1 à 100 milliardièmes de mètre, avec une précision dite nanoscopique, molécule par molécule. L'objectif est de parvenir à construire n'importe quelle structure compatible avec les lois de la physique et de la chimie et pouvant être spécifiée au niveau de détail de l'atome. Vue d'artiste : micromachines voyageant à l'intérieur de notre corps ©  James GaryLes répercussions potentielles de la nanotechnologie sont considérables, notamment en matière médicale. Selon un rapport du DoD des États-Unis réalisé en 1997, la nanorobotique et la nanomédecine deviendront réalité d'ici 2020. Parmi les applications possibles, figurent des machines programmables immunisées pouvant se déplacer dans le flux sanguin d'un patient pour effectuer une intervention chirurgicale, comme l'avait imaginé Isaac Asimov dans son roman de science fiction de 1995, le Voyage Fantastique, devenu un classique du genre.

Imaginée en 1959 par Richard Feynmann, les recherches appliquées en nanotechnologie ont été entamées en 1985, après que Richard Smalley, prix Nobel de chimie, eut découvert une forme de carbone pouvant servir de matière première à ces appareils miniatures. En 1986, K. Eric Drexler, théoricien scientifique, a écrit un ouvrage de nanotechnologie devenu un classique - Engines of Creation - où il explique les fondements de la science et ses applications potentielles. Il y décrit comment la manipulation de la matière au niveau de l'atome peut créer un futur d'abondance utopique, où tout pourrait être rendu meilleur marché et où presque tous les problèmes physiques imaginables pourraient être résolus à l'aide de la nanotechnologie et de l'intelligence artificielle.

Plus récemment, des scientifiques sont parvenus à observer et à manipuler directement des atomes. Des chercheurs des universités de Rice et de Yale ont réalisé les premières étapes vers la création de circuits moléculaires qui pourraient remplacer les actuelles puces de silicium. Des formes précoces de nanomédecine impliquant des molécules fabriquées (mais pas encore des appareils conçus à l'échelle moléculaire) sont déjà testées sur des patients.

Il y a deux ans, deux équipes scientifiques ont chacune mis au point un "moteur moléculaire", en réussissant à faire tourner une molécule soit à l'aide d’un élément chimique, soit par la lumière. Les deux découvertes, l'une réalisée par une équipe américaine, l'autre par une équipe japonaise et néerlandaise, font franchir un pas important aux nano-technologies : dans ce monde de l'infiniment petit, si on savait déjà fabriquer des "machines" de la taille d'une ou quelques molécules, les moteurs faisaient jusqu'ici cruellement défaut. Ainsi, l'équipe menée par le Dr Ross Kelly, du Centre de Chimie du Boston College, a découvert une molécule qui, sous l'influence d'une réaction chimique provoquée par du chlorure de carbonyle, décrit une rotation de 120 degrés dont on peut décider le sens. Ce moteur transforme ainsi l'énergie chimique en mouvement.

La molécule fait alors une rotation sur elle-même de 360 degrés, dans un sens que l'on peut choisir. Ces nano-moteurs pourraient déboucher à terme sur des machineries moléculaires déclenchées par la lumière, source extérieure facile à employer. Ces découvertes ouvrent d'extraordinaires perspectives thérapeutiques dans le domaine médical car il devient désormais envisageable d'imaginer des nano-robots réparant avec une précision incomparable cellules et tissus endommagés.

Il y a quelques mois, un autre pas important était franchi dans la recherche sur les nanomachines. Une équipe de l'université Cornell aux Etats-Unis, menée par Carlo Montemagno, a couplé un enzyme à un support et des pales en nickel de quelques nanomètres pour fabriquer ces engins microscopiques. Le carburant utilisé pour faire tourner le tout est la molécule d'ATP, qui est utilisé par tout être vivant pour se fournir en énergie. Les nanomachines ont pu tourner sans discontinuer pendant huit heures. Les scientifiques espèrent, à terme, pouvoir mettre au point des machines qui pourront être injectées dans le corps du patient pour le soigner.

Non contentes d'aller détruire des tumeurs, résorber des caillots ou réparer nos nerfs ou nos vaisseaux sanguins endommagés, les nanomachines pourraient aussi être utilisées directement contre les bactéries les plus dangereuses qui deviennent multirésistantes à tous les antibiotiques. Des chercheurs du Scripps Research Institute, en Californie ont peut-être une autre solution inspirée des nouveaux savoirs en nanotechnologique et en chimie. Ils proposent de recourir à des tubes microscopiques capables de transpercer les membranes des bactéries et de les vider littéralement de leur substance, de quoi les tuer sur le coup. Le défi relevé par Reza Ghadiri et son équipe a été de faire tenir ensemble les molécules formant ces fameux tubes – en fait, un empilement d’anneaux composés d’une suite d’acides aminés. Pour comprendre l’agencement de ces anneaux, il faut penser à une ronde de gens, dont la main droite de l’un agrippe la main gauche du suivant. Dans chacun des anneaux, en effet, des acides « naturels » alternent avec d’autres synthétisés en laboratoire, qui sont leur image-miroir. Pour que les anneaux adoptent bien une forme tubulaire, Reza Ghadiri et son équipe les ont liés entre eux avec des atomes d’hydrogène. Ces tubes anti-bactériens sont de véritables chefs-d’œuvre de nanotechnologie, construits molécule par molécule.

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