La peur est un mauvais conseiller. Dans les bandes dessinées, le chef gaulois Abraracourcix a peut-être peur que le ciel lui tombe sur la tête. Dans un monde réel, cependant, les risques devraient être évalués avec une tête froide. Pour s'assurer que les évaluations des risques ne sont pas déterminées émotionnellement mais conduisent à des décisions appropriées, les scientifiques utilisent des modèles pour analyser le potentiel de danger des substances ou des technologies. Les chercheurs de l'Empa étudient actuellement les risques d'une classe relativement nouvelle de substances fabriquées à partir de matériaux minuscules : les médicaments à base de nanomatériaux. On sait déjà que certains produits pharmaceutiques classiques sont libérés dans l'environnement après avoir été ingérés ou appliqués sur la peau. Dans le monde animal, par exemple, les substances de type hormonal peuvent provoquer un amincissement des œufs d'oiseaux, des troubles de fertilité chez les poissons et l'effondrement des populations de loutres.

Nanogold : La minuscule particule d'or au premier plan mesure environ 10 nanomètres de diamètre. Photo : D. Keller / Empa, image par microscope électronique à transmission à balayage, coloré.

Cependant, la nanomédecine fait déjà état de succès prometteurs avec de nouveaux médicaments. Avec les nanodiamants, les médecins surmontent la barrière hémato-encéphalique, et avec les nanoparticules d'or, ils combattent le cancer. Aucune tâche ne semble trop grande pour les minuscules particules. On sait peu de choses sur les risques de ce type de nanomatériau dès qu'il est rejeté dans l'environnement.

Des chercheurs de l'Empa dirigés par Bernd Nowack du département "Technologie et société" de Saint-Gall calculent actuellement les risques liés à ces nanomédicaments. L'équipe participe entre autres au projet international de recherche et d'innovation "BIORIMA". Le projet interdisciplinaire développe la gestion des risques des nanobiomatériaux pour l'homme et l'environnement et est soutenu par "Horizon2020", le programme européen de financement de la recherche et de l'innovation.

L'analyse des risques est essentiellement une fonction du potentiel de danger et de l'exposition. En d'autres termes, une substance très dangereuse à laquelle personne n'est jamais exposé pose aussi peu de risques qu'une substance peu offensive avec laquelle vous êtes en contact constant. Toutefois, afin de cartographier avec précision les risques des nouvelles substances, les chercheurs déterminent d'abord la valeur limite à partir de laquelle une substance n'a plus d'effets nocifs et le rejet prévu dans l'environnement. Toutefois, ces données ne sont pas insignifiantes, car il faut d'abord déterminer le devenir du médicament dans l'organisme et son trajet vers la station d'épuration et, de là, vers l'eau et donc vers la biosphère. Une fois libérés dans l'environnement, les polymères sont modifiés par décomposition biologique ou physico-chimique en molécules plus petites. En plus des études pharmacologiques, les chercheurs utilisent l'analyse des flux de matières et des modèles mathématiques environnementaux. "Pour la plupart des nanobiomatériaux, il n'existe pas d'estimations fiables de la quantité de particules libérées ", explique M. Nowack. Ces lacunes dans les connaissances doivent être comblées à tout prix.

M. Nowack a comblé les premières lacunes il y a quelque temps, lorsque lui et son équipe ont évalué le risque de présence de nanoparticules d'or dans l'environnement. " Actuellement, on peut supposer que le nano or ne pose aucun problème dans les applications médicales ", a déclaré le chercheur. Dans cette nouvelle étude, l'équipe de Nowack a maintenant analysé d'autres nanomatériaux utilisés en médecine. Les particules de 1 à 100 nanomètres sont intéressantes car elles sont relativement faciles à produire et peuvent être utilisées, par exemple, pour les procédures d'imagerie médicale, les revêtements antimicrobiens ou pour l'administration de médicaments.
Sur la base des données existantes, certaines des substances utilisées jusqu'à présent ont été étudiées pour la première fois, y compris certains nanomatériaux fréquemment utilisés : Il s'agissait par exemple du nano-chitosan, un dérivé d'un polysaccharide naturel contenu dans la coquille des crustacés, qui favorise la cicatrisation des plaies. Les autres substances analysées sont le polyacrylonitrile, en abrégé PAN, qui est utilisé dans les thérapies antibactériennes, et l'hydroxyapatite (HAP), un minéral naturel. La HAP est utilisée en médecine, par exemple en relation avec la libération de médicaments ou la régénération du tissu osseux.
Les analyses ont montré que le chitosan sous sa forme traditionnelle, dès qu'il pénètre dans l'eau douce, a un effet toxique plus fort sur les micro-organismes de l'eau que sous sa nanoforme. Ainsi, le nano-chitosan est encore moins dangereux pour les organismes aquatiques. Cela signifie que l'ampleur des effets nocifs du nanopolymère était également nettement inférieure à celle des médicaments classiques qui pénètrent dans l'environnement, comme les antibiotiques ou les analgésiques. Le nano-polymère PAN et le minéral HAP ont fait encore mieux. " Ces substances sont pratiquement non toxiques dans l'eau ", dit Nowack.
Cependant, la situation est différente pour le nano-argent, qui est apprécié en médecine pour son effet antibactérien. Mais ce qui est souhaitable dans le traitement des maladies est problématique dans l'environnement : dans la biosphère, le nanomatériau inorganique a également un effet toxique sur les microorganismes, bien que ceux-ci puissent être importants pour l'équilibre d'un écosystème.

"On peut supposer que les propriétés biologiques, chimiques et physiques de nombreux nanomatériaux peuvent différer considérablement de celles d'autres médicaments", explique M. Nowack. L'une des raisons en est le nombre extraordinairement élevé de particules de substances et leur surface beaucoup plus grande. Il est important de noter qu'il est actuellement possible d'évaluer le risque environnemental de certaines substances. Cependant, pour des analyses de risques complètes, il faudrait d'abord déterminer la quantité de flore et de faune - et finalement d'homme - qui sont entrées en contact avec les nanomatériaux. L'équipe travaille actuellement sur ces données d'exposition pour la classe relativement jeune des nanomédecines dans le cadre du projet BIORIMA.

Les données obtenues sont également utilisées dans le processus de développement de nouveaux médicaments. Claudia Som, chercheuse à l'Empa, parle de l'approche "safe by design": "Nous avons élaboré des directives pour les PME qui permettent de trier les nanomatériaux à risque au début du processus de développement coûteux", explique la chercheuse. Les analyses de risques de l'Empa soutiennent ainsi l'innovation durable dans le domaine de la nanomédecine.