Nanobiologie

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Définition écrite

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  • Le terme nanobiologie est employé dans le langage scientifique pour décrire une science qui combine des technologies et des principes biologiques microscopiques, à l'échelle du milliardième de mètre. Exemple : La nanobiologie est une science très technique qui utilise des sources de vie microscopiques pour fonctionner.(1 janv. 2021)
  • La nanobiologie est une science visant à exploiter des principes biologiques à l'échelle nanométrique, notamment en créant des dispositifs liant la vie à une machine. On pourrait, par exemple, propulser un nanorobot à l'aide d'un flagelle ou d'une hélice alimentée avec de l'ATP, permettant la création de nanorobots pouvant se nourrir de l'environnement cellulaire.(wikipédia)
  • D'importants développements scientifiques et technologiques se sont réalisés au cours des dernières années en biologie.

Ils auront une importance de plus en plus grande sur les sciences du vivant et leurs applications industrielles au cours des prochaines années par l'intermédiaire des biotechnologies. Leur influence se fait notamment sentir dans la conception de nouveaux médicaments, la mise au point de tests diagnostiques, d'appareillages bioélectroniques et de services.

  • Les nanotechnologies concernent les objets dont l’ordre de grandeur est du nanomètre, notamment les molécules, les protéines et l’ADN. Les nanotechnologies sont donc présentes dans de nombreux domaines dont le médical et ont une histoire récente.

1974 : le scientifique japonais Norio Taniguchi utilise pour la 1ère fois le terme « nano-technologie » pour désigner les procédés qui appartiennent à la conception, la fabrication et l’utilisation des structures à l’échelle du nanomètre. 1981 : les physiciens allemands et suisses Gerd Binnig et Heinrich Rohrer ont réalisé des expériences qui conduisent à la fabrication du microscope à effet tunnel. Cette invention permet d’observer les atomes et de les déplacer un par un. Années 1990 : de minuscules vésicules artificielles, les liposomes, sont utilisées dans certains cosmétiques pour encapsuler des principes actifs. Cette technique sera ensuite appliquée à la médecine pour encapsuler les principes actifs de médicaments. 1998 : découverte du rotor moléculaire qui permet d’observer une seule et même molécule en rotation. Aujourd’hui, les nanoparticules sont sollicitées par la médecine car elles sont capables de pénétrer dans les cellules humaines et à l’intérieur des organites pour réagir avec l’ADN et les protéines. Ces caractéristiques sont très utiles pour détecter les cancers par exemple. Elles ont aussi le rôle de vecteurs de médicaments afin de moduler la distribution d’une substance au sein d’un organisme. Histoire des nanotechnologies n'impactent pas uniquement le domaine du médical. L’histoire des nanotechnologies ne s’arrête pas au médical car elles sont également présentes dans notre vie quotidienne. En effet, certaines crèmes solaires contiennent des nanoparticules de titane car elles sont transparentes, très résistantes à l’eau et filtrent les rayons UV. De même, il existe des pansements aux nanoparticules d’argent car cet élément a des propriétés antibactériennes décuplées à la taille du nanomètre. La nanotechnologie pourrait également apparaître dans le traitement contre le cancer. Enfin, les dentifrices en contiennent plusieurs sortes ayant des avantages différents : titane (pour la blancheur de la pâte), silice (pouvoir corrosif), argent (antibactérien) ou encore peroxyde de calcium (blanchit et désinfecte les dents).

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  • Nanobiologie:Le terme nanobiologie est employé dans le langage scientifique pour décrire une science qui combine des technologies et des principes biologiques microscopiques, à l'échelle du milliardième de mètre.

Exemple : La nanobiologie est une science très technique qui utilise des sources de vie microscopiques pour fonctionner.

  • La nanobiologie se situe à une convergence entre science des matériaux, biologie moléculaire, cellulaire et systémique. La capacité de créer une synergie entre les multiples compétences nécessaires, déjà présentes au plus haut niveau international à Paris-Saclay, à commencer par l’affirmation de la nanobiologie comme discipline au niveau de la recherche et de l’enseignement, semble essentielle pour aborder cette nouvelle frontière.
  • NANOBIOLOGIE :COMPRENDRELE VIVANT ET AGIR SUR LUI

L’application au domaine de la biologie des avancées issues des nanosciences permet de développer des outils inédits et des approches très prometteuses. Les vrais progrès seront liés à notre capacité à conjuguer les multiples compétences indispensables pour appréhender le monde du vivant. 

Un des enjeux principaux de la biologie est de comprendre le fonctionnement de cette petite usine qu’est la cellule. Les outils usuels de la biologie permettent d’aborder cette question aux deux extrémités : à l’échelle moléculaire, ou au niveau de la cellule, comme si cette usine cellulaire était décrite par une photographie d’ensemble et un zoom sur sa visserie.
  • LA CELLULE, UNE NANO-USINE: L’échelle naturelle de compréhension de la biologie est ainsi celle des nanosciences (entre 1 nm et 1 µm), où la dynamique de

la signalisation cellulaire peut être observée. Ce niveau d’observation et de contrôle est cependant longtemps resté inaccessible. Ces considérations, et le développement de nanomatériaux et de méthodes d’observation nanoscopiques, permettent l’émergence de la nanobiologie. Elle désigne l’utilisation de techniques ou d’objets issus des nanosciences pour la biologie – la bionanotechnologie – mais aussi l’étude nouvelle de la dynamique des phénomènes biologiques aux échelles nanométriques – la biologie nanométrique.

  • Bionanotechnologie:

La biologie en laboratoire et le diagnostic médical s’appuient sur des méthodes analytiques permettant de révéler la présence de biomolécules dans des échantillons par la reconnaissance spécifique de la cible par un agent de marquage souvent couplé à des molécules organiques luminescentes. Cependant, ces molécules se dénaturent rapidement sous illumination suivant un phénomène appelé photoblanchiment. Cela limite fortement la sensibilité de détection et le suivi dans le temps d’un processus biologique.

  • Détection in vivo et in vitro:Dans ce contexte, l’utilisation de nanoparticules, comme des nanocristaux semi-conducteurs, des nanoparticules de terres rares, ou des nanodiamants, a été développée depuis le début des années 2000.Leurs propriétés optiques exceptionnelles, en termes de photostabilité et de luminosité, ont permis la détection de biomolécules in vitro et in vivo, avec des performances sensiblement supérieures aux systèmes existants. Ces outils se popularisent ainsi dans les laboratoires spécialisés en remplacement des marqueurs organiques traditionnels. La production de particules à contraste multiple (luminescence, IRM, rayons X, etc.) permet alors de constituer une nouvelle « boîte à outils » pour l’imagerie biologique. Elles seront vraisemblablement bientôt mûres comme technologies de substitution à celles existant pour le diagnostic médical.
  • Théranostique: Des nanoparticules ont par ailleurs été utilisées pour des applications médicales comme marqueurs ou comme transporteur d’une substance active. Des polymères peuvent ainsi former des particules d’encapsulation et adresser spécifiquement un traitement vers un site spécifique. L’association de la mesure pour le diagnostic et de la thérapie adaptée par un même dispositif constitue un nouveau champ, la théranostique. Les nanotechnologies peuvent jouer un rôle essentiel dans son développement en permettant de combiner ces multiples fonctions sur une unique plateforme.
  • Biologie nanométrique: Au-delà de l’aspect technologique, changer d’échelle pour sonder la machinerie cellulaire au niveau nanométrique peut contribuer à sa compréhension, en renouvelant conceptuellement sa description. Des nanoparticules ont été utilisées comme marqueurs biologiques pour suivre la dynamique de molécules individuelles à l’intérieur d’une cellule. Le nombre de molécules impliquées dans un processus cellulaire étant souvent faible, cette approche a permis de révéler des modalités de transduction du signal cellulaire encore inconnues, concernant par exemple l’organisation synaptique. L’observation résolue à la fois dans le temps et l’espace de la signalisation cellulaire, c’est-à-dire le suivi dynamique des interactions moléculaires mises en jeu dans la réponse cellulaire à une modification de son environnement est essentielle et désormais possible par l’utilisation de l’imagerie super résolue ou de molécules individuelles.
  • Nanosondes: Des nanoparticules ont également été utilisées comme nanosondes intracellulaires pour réaliser des cartographies dynamiques d’une réponse cellulaire avec une précision de localisation spatiale de l’ordre d’une dizaine de nanomètres. L’utilisation de nanoparticules de YVO4:Eu, dont la luminescence est modulée par la présence d’oxydants, a ainsi permis de suivre la production locale d’espèces oxygénées réactives en réponse au signal d’un facteur de croissance. Des nanotubes de carbones greffés sur des surfaces ont également été utilisés dans le même objectif. Il est ainsi possible de réaliser un dosage dans un volume nanométrique à l’intérieur d’une cellule pour sonder un signal localisé et éventuellement évaluer l’impact d’un traitement thérapeutique à l’échelle moléculaire.
  • Nanocontrôle:Le contrôle à cette échelle est une étape supplémentaire et le positionnement subcellulaire de nanoparticules magnétiques greffées à des protéines a par exemple permis d’induire une réponse cellulaire localisée.
  • LE PARI DE GOOGLE: Les applications dans le champ émergent de la médecine personnalisée sont considérables en ouvrant la possibilité d’une mesure ciblée dont les résultats instantanés conditionnent le choix et/ou l’intensité de la thérapie. Cela constitue un nouveau paradigme, remplaçant le diagnostic par le suivi continu individualisé, qui est déjà exploré notamment par Google. Les dispositifs micro et nanofluidiques peuvent créer des stimulations structurées dans l’espace tandis que les systèmes électroniques miniaturisés permettent le contrôle et la mesure de l’activité électrique avec une résolution subcellulaire. L’association de ces outils permet alors d’envisager des études portant sur des systèmes cellulaires complexes contrôlés, dans une approche de type organ on chip avec une précision nanométrique pour le suivi de leur activité.Ces avancées permettent d’envisager la mesure et le contrôle nanométrique des voies de signalisation dans une cellule choisie, qui sera une approche puissante pour le diagnostic et la conception de traitements innovants.La nanobiologie ouvre ainsi la voie, au-delà de la médecine personnalisée, vers la nanomédecine, où l’action thérapeutique serait localisée à l’échelle subcellulaire.
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Définition graphique

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  • Etamine

  • division cellulaire

  • Echelle des mesures

  • Microparticule vecteur

  • Grain de pollen

  • flore intestinale

  • vecteur transporteur de microparticule

  • Vacci aux nanoparticules

  • vaccination personnalisée lutte contre le cancer


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Puce-didaquest.png Concepts ou notions associés


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Puce-didaquest.png Exemples, applications, utilisations

  • traitement personnalisé des cellules cancéreuses
  • Diagnostics et traitements par radiographie
  • exploitation de nanorobots pour amener les doses qu'il faut vers des cellules cibles
  • exploitation de nanoparticules et de vecteurs dans la vaccination et le traitement de certaines maladies

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Puce-didaquest.png Erreurs ou confusions éventuelles

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Blue-circle-target.png Erreur: Croire que

  • croire que la nano médecine est un traitement par ordinateur
  • croire que la nanomédecine est la la solution sans effets secondaires pou la santé


Blue-circle-target.png Confusion possible ou glissement de sens


Blue-circle-target.png Erreur fréquente:

  • la nanobiologie est un domaine indépendant de la nanomédecine
  • les nanoparticules alimentaires ou les nanoparticules des soin du visage ne posent pas problèmes à note santé

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Puce-didaquest.png Questions possibles



Puce-didaquest.png Liaisons enseignements et programmes

Idées ou Réflexions liées à son enseignement

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  • on doit enseigner les nanos... à l'écoles
  • les programmes et les curricula doivent tenir compte des domaine d'enseignement des nanos... en chimie en physique et en SVT
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Aides et astuces

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  • Développer l'esprit scientifique et critique concertant le thème de Nanobiologie via des recherches en groupes d'élève grâce à la pédagogie d'investigation
  • Développer des projets interdisciplinaires dans ce domaine entre divers disciplines comme la physique, la biologie, le technologie et l'informatique



Education: Autres liens, sites ou portails

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  • [[1]]Les nanotechnologies au lycée, une ingénierie d’éducation citoyenne des sciences
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