Nanosciences pour tous

Les dendrimères, des nano-molécules pour le transport de médicaments

Par Myriam Roy et Gilles Quéléver

Au CINaM, de nombreux chimistes s’intéressent à la synthèse de molécules appelées dendrimères, ainsi qu’à leurs propriétés et leurs applications biologiques en vue d’en faire les médicaments du futur.

Le mot « dendrimère » vient des termes grecs « dendron » qui signifie arbre ou branche et « meros » qui veut dire partie. Selon cette définition, les dendrimères seraient donc des arbres ou des parties d’arbres. Chimiquement parlant, les dendrimères sont des macromolécules arborescentes parfaitement définies dont la structure part d’un coeur central pour aller, via des unités de branchement, vers des fonctions périphériques .

Plus concrètement, on est en droit de se demander : qu’est-ce donc réellement qu’un dendrimère ? Les dendrimères sont des macromolécules, des molécules de « grande taille » comme le sont les molécules du monde du vivant telles que l’hémoglobine, les protéines ou l’ADN. L’expression de « grande taille » doit tout de même être considérée avec précautions puisqu’il s’agit de nano-objets d’une taille de quelques nanomètres (nm, 10-9 m. lien vers la photo des nano-objets-loupe) c'est-à-dire de très grande taille par rapport à un atome (10-10 m) ou à une petite molécule comme l’aspirine. Les dendrimères sont des polymères, des molécules de très grandes tailles, fabriqués par des chimistes et qui sont construites par l’assemblage de briques en partant d’un point central, le « coeur », et en allant dans différentes directions vers l’extérieur de la molécule, ce que l’on appelle les « fonctions périphériques » . Les connexions entre les différentes briques qui constituent le dendrimère sont réalisées par des « unités de branchement » ou « coeurs secondaires » , la cohésion de ces différentes parties étant assurée par des liaisons chimiques. Notre macromolécule va donc pouvoir grandir comme un flocon de neige cristallisé (lien vers la photo du flocon de neige).

La nature chimique de ces différents blocs de construction va avoir une influence très importante sur l’architecture mais aussi sur l’utilisation de ces molécules :
celle des coeurs secondaires va permettre de moduler la forme (nombre de branches) et les propriétés (solidité, nombre et taille des espaces intérieurs) du dendrimère.

celle des fonctions périphériques permettra par contre d’ « habiller » le dendrimère, de le décorer comme on peut le faire pour un sapin de Noël. Comment ? Selon la nature de ces fonctions périphériques, nous allons pouvoir y « attacher » des boules de Noël, des étoiles, des bougies ou au contraire y « déposer » des guirlandes ou des guirlandes lumineuses.

Au CINaM, nous nous intéressons à la fabrication de ce genre de molécules. Nous les décorons et nous pouvons ainsi les utiliser pour différentes applications.

En planifiant avec attention la construction et la décoration du dendrimère, on peut maîtriser le nombre et la nature des décorations que l’on va y placer comme les boules (petites molécules bioactives comme les médicaments), les étoiles (agents de ciblage, c'est-à-dire capables de reconnaître les cellules malades et de diriger le dendrimère vers ces cellules, et/ou les bougies (agents d’imagerie, que les médecins peuvent utiliser pour voir l’évolution des cancers par exemple). Il est aussi possible d’avoir des boules de différentes couleurs pour utiliser la force combinée de deux médicaments ou pour traiter les effets secondaires du premier médicament (on appelle cela la polythérapie). Toutes ces décorations étant accrochées par des liaisons plus ou moins solides (il faut bien relâcher les médicaments pour qu’ils agissent !), le dendrimère peut être vu comme un véhicule de transport collectif conduit par l’agent de ciblage.

Nous pouvons également y déposer des guirlandes. On ne forme plus alors des liaisons chimiques covalentes mais on crée ce que l’on désigne sous le nom d’interactions électrostatiques, comme le pôle nord d’un aimant attire le pôle sud d’un autre aimant. Si les fonctions périphériques utilisées sont correctement choisies, il sera possible de réaliser de telles interactions électrostatiques entre notre dendrimère et … de l’ADN par exemple. L’ADN qui constitue le patrimoine génétique de tout être vivant est une macromolécule naturelle. En présence de notre dendrimère correctement décoré, l’ADN se complexe avec le dendrimère de façon à constituer un nano-objet, nano-objet qui servira de capsule protectrice pour l’ADN et lui permettra de se déplacer librement dans un organisme vivant jusqu’à sa « cible », c’est-à-dire jusqu’à la cellule malade. L’ADN pourra alors entrer dans la cellule et réparer le problème rencontré par la machinerie cellulaire. On appelle cela la thérapie génique.

Enfin, les coeurs secondaires peuvent être choisis pour être des bombes à détonateur ou à retardement. Ainsi, dès que le véhicule a fait sa livraison de boules et/ou de guirlandes, le détonateur est activé et le véhicule s’autodétruit pour être éliminé facilement du corps humain. C’est le concept des dendrimères dégradables. Notre objectif est de fabriquer des dendrimères qui nous serviront donc de véhicules afin de transporter de l’ADN , de l’ARN et d’autres matériaux génétiques mais aussi des molécules bioactives afin de pouvoir développer de nouveaux traitements thérapeutiques pour soigner des maladies comme les cancers ou la maladie d’Alzheimer qui résultent souvent de dégénérations génétiques.