Nanoparticule radioactive: Faire progresser les thérapies ciblées et les solutions environnementales

Par Fouad Sabry

Nanoparticules radioactives-Ce chapitre présente le concept de nanoparticules radioactives, en explorant leur structure, leurs types et leur importance dans la science moderne.

Nanomatériaux-Un examen approfondi de la diversité des nanomatériaux et de leurs propriétés, ouvrant la voie à leur utilisation dans différents secteurs, notamment en radiologie et en médecine.

Dangers des nanomatériaux pour la santé et la sécurité-Ce chapitre aborde les risques potentiels associés aux nanomatériaux, en mettant l'accent sur leurs implications pour la santé et la sécurité des individus et des communautés.

Rayonnement de fond-Chapitre fondamental sur le rayonnement de fond, abordant ses sources et son importance pour la compréhension du comportement des nanoparticules radioactives.

Toxicologie des nanomatériaux de carbone-Aperçu détaillé des aspects toxicologiques des nanoparticules de carbone, essentiels au développement des applications nanotechnologiques.

Caractérisation des nanoparticules-Ce chapitre aborde différentes méthodes de caractérisation des nanoparticules, de leur taille et de leur forme à leurs propriétés chimiques, essentielles à leur utilisation pratique.

Scintigraphie de ventilation/perfusion-Ce chapitre se concentre sur l’utilisation des nanoparticules en imagerie médicale, notamment en scintigraphie de ventilation/perfusion, un outil de diagnostic essentiel en pneumologie.

Contrôles techniques des nanomatériaux-Ce chapitre aborde les contrôles techniques nécessaires à la manipulation sûre des nanomatériaux, notamment en milieu industriel et en laboratoire.

Impact des nanotechnologies-Ce chapitre évalue l’impact plus large des nanotechnologies sur la société, notamment les considérations éthiques, l’innovation et leur rôle dans le progrès scientifique.

Reconstruction de la dose de rayonnement-Un regard critique sur la reconstruction de la dose de rayonnement et son lien avec la compréhension des effets biologiques des nanoparticules radioactives.

Substitution des dangers-Explorez les stratégies de substitution des matières dangereuses dans les applications nanotechnologiques, en privilégiant la sécurité tout en préservant l’efficacité.

Nanoparticules de dioxyde de titane-Ce chapitre se concentre sur les nanoparticules de dioxyde de titane, leurs propriétés et leurs applications, notamment dans les domaines environnemental et médical.

Médecine nucléaire-Ce chapitre aborde le rôle des nanoparticules radioactives en médecine nucléaire, notamment leur utilisation dans le diagnostic et le traitement.

Réglementation des nanotechnologies-Un chapitre essentiel sur les cadres réglementaires régissant l’utilisation des nanotechnologies et des nanoparticules radioactives, garantissant la sécurité et la conformité.

Radionucléides-Un aperçu complet des radionucléides, de leurs types, de leurs propriétés et de leur utilisation dans la recherche et les pratiques médicales impliquant des nanoparticules.

Pharmacie nucléaire-Examine le rôle de la pharmacie nucléaire dans la préparation et la distribution de nanoparticules radioactives à usage médical.

Contamination radioactive-Un chapitre crucial qui étudie la contamination radioactive, ses sources et sa prévention, notamment dans les environnements utilisant les nanotechnologies.

Radioprotection-Se concentre sur les méthodes de radioprotection et leur application à la manipulation des nanoparticules radioactives.

Nanotoxicologie-Étude de la nanotoxicologie, axée sur les effets toxiques potentiels des nanoparticules, notamment radioactives, sur l'homme et l'environnement.

Physique médicale-Ce chapitre présente les liens entre la physique médicale et les nanoparticules radioactives, notamment leurs applications en imagerie diagnostique et thér

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 18 mars 2025

Aperçu du livre

Chapitre 1 :Nanoparticules radioactives

Un exemple de nanoparticule qui contient des composants radioactifs est appelé nanoparticule radioactive.  L'utilisation de nanoparticules radioactives est actuellement à l'étude pour des utilisations potentielles en nanomédecine nucléaire. Ces nanoparticules ont des applications dans les domaines du diagnostic médical, de l'imagerie médicale, de la toxicocinétique et de la gestion de la santé environnementale.  Le fonctionnement, la santé, la physique et la dosimétrie interne des nanoparticules radioactives créent des problèmes uniques qui ne se posent pas pour d'autres substances. Cependant, les mesures de radioprotection et les contrôles des dangers qui sont maintenant en place pour les nanoparticules s'appliquent généralement aux nanoparticules.

Dans les techniques d'imagerie médicale telles que la tomographie par émission de positons et la tomographie par émission de photons uniques, des nanoparticules radioactives qui ont été modifiées sont utilisées. De plus, un aérosol de nanoparticules de carbone contenant du technétium-99m est utilisé dans une procédure disponible dans le commerce dans le but d'effectuer une scintigraphie de ventilation/perfusion des poumons.  Une autre application des nanoparticules radioactives modifiées est celle du radiomarqueur, qui permet aux chercheurs d'identifier la présence des nanoparticules elles-mêmes dans le contexte de la recherche en santé environnementale et en toxicocinétique.

L'utilisation de nanoparticules radioactives modifiées à des fins thérapeutiques, en particulier dans le traitement du cancer, fait actuellement l'objet de recherches à l'intersection de la médecine nucléaire et de la nanomédecine. Il existe plusieurs applications potentielles, dont le traitement par capture de neutrons.  De plus, lorsqu'elles sont utilisées en radiothérapie, les nanoparticules ont le potentiel d'aider à la séquestration des nucléides filles dangereux qui sont produits par les émetteurs alpha.

L'imagerie nucléaire est une technique non invasive qui possède un haut niveau de sensibilité. Les nanoparticules constituent une plate-forme utile qui peut être utilisée pour combiner plusieurs copies de vecteurs et d'effecteurs de ciblage afin de délivrer sélectivement des radio-isotopes à un lieu d'intérêt particulier.  Parmi les autres avantages des nanoparticules pour les applications diagnostiques et thérapeutiques, citons une augmentation de la période de rétention du sang et des tumeurs, ainsi que la possibilité d'utiliser les caractéristiques chimiques et physiques uniques des nanoparticules dans les processus diagnostiques et thérapeutiques.  Cependant, afin d'éviter que les nanoparticules ne soient reconnues par le système phagocytaire mononucléaire et par conséquent délivrées au foie ou à la rate, il est nécessaire de les concevoir. Ceci est souvent accompli en modifiant la fonctionnalisation de surface des nanoparticules.

La fonctionnalisation de nanoparticules radioactives avec des anticorps afin de les cibler sur un tissu particulier entre également dans la catégorie des techniques de ciblage. Les nanoparticules magnétiques, qui sont attirées par un aimant placé sur le site de la tumeur, sont une autre technique ciblée.  Le technétium-99m, l'indium-111 et l'iode-131 sont souvent utilisés comme radio-isotopes pour ces raisons ; Cependant, il existe un grand nombre de radio-isotopes supplémentaires qui sont également utilisés.  Vous pouvez fabriquer des nanoparticules radioactives soit en synthétisant les nanoparticules directement à partir des matières radioactives, soit en irradiant des particules non radioactives avec des neutrons ou des ions accélérés, parfois in situ. Ces deux méthodes sont utilisées pour produire des nanoparticules radioactives.

Comme c'est le cas pour toutes les nanoparticules, les nanoparticules radioactives peuvent également être formées par accident en tant que sous-produit de processus industriels ou en se produisant naturellement dans l'environnement.  La désintégration du radon est la principale source de nanomatériaux naturels contenant des radionucléides. Les produits de désintégration initiaux du radon sont des éléments non gazeux qui précipitent en particules à l'échelle nanométrique avec la poussière et les vapeurs atmosphériques. Il existe également des nanomatériaux qui contiennent des radionucléides.  Un exemple de source naturelle mineure est la présence de radionucléides primordiaux dans la section nanométrique des cendres volcaniques. De plus, les nucléides primordiaux et cosmogéniques qui sont absorbés par les plantes puis brûlés plus tard sont également des exemples de sources naturelles mineures.  Il est possible que des nanoparticules radioactives se forment accidentellement au cours de processus menés dans le secteur nucléaire. Ces procédés comprennent le retraitement nucléaire et la découpe d'objets contaminés.

Ces nanoparticules radioactives combinent les dangers associés à la nanotechnologie avec ceux associés aux matières radioactives. L'exposition aux particules en suspension dans l'air sur le lieu de travail se fait généralement par inhalation, qui est la voie d'exposition la plus courante.  Selon des études menées sur des animaux, les effets pulmonaires de certains types de nanoparticules, tels que l'inflammation, les granulomes et la fibrose pulmonaire, sont comparables, voire supérieurs, à ceux d'autres matériaux fibrogènes, tels que la silice, l'amiante et le noir de carbone ultrafin.  Plusieurs investigations menées sur des cellules ou des animaux ont mis en évidence la présence d'effets génotoxiques ou cancérogènes, ainsi que de conséquences cardiovasculaires systémiques suite à une exposition aux poumons.  Il est important de noter que les dangers posés par les rayonnements ionisants varient selon que l'exposition est aiguë ou chronique. Ces dangers comprennent des conséquences telles que la tératogenèse et le cancer généré par les radiations.  Dans certaines circonstances, la toxicité physicochimique inhérente à la nanoparticule elle-même peut entraîner des limites d'exposition inférieures à celles associées à la seule radioactivité. Ce n'est pas le cas de la majorité des matières radioactives, comme la majorité des substances radioactives.

Dans le domaine de la physique de la santé opérationnelle et de la dosimétrie interne, les nanoparticules radioactives posent des problèmes uniques qui ne sont pas rencontrés avec d'autres produits chimiques. Cela est dû au fait que la toxicocinétique des nanoparticules dépend de leurs propriétés physiques et chimiques, notamment leur taille, leur forme et leur chimie de surface.  Par exemple, les nanoparticules qui sont respirées se déposeront dans diverses zones des poumons, et elles seront digérées et distribuées dans le corps d'une manière différente des vapeurs ou des particules plus grosses.  Il est également possible que des risques découlent de procédures liées, telles que l'utilisation de cryogènes et de champs magnétiques puissants dans les appareils d'imagerie, ainsi que la manipulation d'animaux de laboratoire dans le cadre de recherches expérimentales.  Étant donné que les rayonnements et les nanotechnologies ont tous deux leurs propres préoccupations distinctes en matière de perception du public, il est essentiel de procéder à une évaluation précise des risques et de communiquer efficacement.

De nombreux contrôles des dangers conçus pour les nanoparticules seront efficaces avec les versions radioactives des nanomatériaux. En général, la majorité des composants qui composent un programme normal de radioprotection sont applicables aux nanomatériaux radioactifs.  La hiérarchie des mesures de contrôle des dangers est composée d'une série de cinq types différents de mécanismes de contrôle conçus pour réduire la probabilité qu'une personne tombe malade ou se blesse.  L'élimination et la substitution sont les deux méthodes les plus efficaces. Par exemple, la réduction de l'exposition à la poussière en éliminant un processus de sonication ou la substitution d'une suspension de nanomatériau ou d'une suspension dans un solvant liquide à une poudre sèche sont deux exemples de méthodes efficaces.  En plus de tenir compte du fait que les nanomatériaux radioactifs sont plus simples à détecter que les composés non radioactifs, les substitutions doivent tenir compte de la radioactivité ainsi que des dangers physicochimiques associés à chacune des alternatives disponibles.

Il est recommandé que les mesures d'ingénierie soient la principale forme de protection. Ces contrôles devraient inclure un blindage contre les radiations, des systèmes de contrôle d'accès et des systèmes d'évacuation locaux tels que des hottes, des boîtes à gants, des enceintes de biosécurité et des enceintes d'équilibrage ventilées.  Lorsqu'il s'agit de manipuler des médicaments, l'utilisation conventionnelle de la pression positive peut entrer en conflit avec l'exigence d'une pression négative dans les pièces pour éviter la contamination des régions extérieures. Cependant, ce problème peut être résolu en utilisant un système de pression en cascade ou en manipulant des nanomatériaux dans des boîtiers.

Les contrôles administratifs comprennent des procédures visant à limiter les doses de rayonnement, ainsi que des procédures de contrôle de la contamination, qui comprennent la promotion de bonnes habitudes de travail et la surveillance de la contamination.  Il est recommandé d'utiliser de l'équipement de protection individuelle en conjonction avec d'autres mesures de contrôle des risques, car il s'agit du type de protection le moins efficace.  Les équipements de protection individuelle conçus pour les matières radioactives devraient, en général, être efficaces lorsqu'ils sont utilisés avec des nanomatériaux radioactifs. Cela comprend des blouses de laboratoire imperméables, des lunettes de protection, des gants de sécurité et des respirateurs dans certains cas. Cependant, il est important de prendre en considération le plus grand potentiel des nanoparticules à pénétrer à travers les vêtements et à se déplacer dans l'air.

{Fin du chapitre 1}

Chapitre 2 :Nanomatériaux

En général, une unité d'un matériau est considérée comme un nanomatériau si elle a une taille comprise entre 1 et 100 nanomètres (nm) dans au moins une dimension (la définition habituelle de l'échelle nanométrique).

La recherche sur les nanomatériaux utilise une approche de la nanotechnologie fondée sur la science des matériaux. Cette méthode capitalise sur les percées en métrologie et en synthèse des matériaux qui ont été établies à l'appui de la recherche sur la microfabrication. Les matériaux qui présentent une structure à l'échelle nanométrique ont souvent des qualités uniques dans les domaines optique, électrique, thermophysique ou mécanique.

Dans l'ISO/TS 80004, le terme « nanomatériau » est défini comme « matériau ayant une dimension extérieure quelconque à l'échelle nanométrique ou ayant une structure interne ou une structure de surface à l'échelle nanométrique ». Le terme « échelle nanométrique » fait référence à une gamme de longueurs qui est « approximativement de 1 nm à 100 nm ». Cela inclut les matériaux nanostructurés, qui ont une structure interne ou de surface à l'échelle nanométrique, ainsi que les nanoobjets, qui sont des morceaux de matériau distincts ; Un nanomatériau peut appartenir à ces deux groupes.

Les nanomatériaux qui ont été conçus et fabriqués exprès par l'homme afin de répondre à certaines exigences concernant leurs qualités.

La combustion et la vaporisation sont deux processus qui peuvent, accidentellement et à la suite d'opérations mécaniques ou industrielles, aboutir à la production de nanomatériaux. La fusion, les gaz de soudage, les processus de combustion des combustibles solides domestiques, le chauffage et la cuisson sont autant de sources potentielles de nanoparticules accidentelles. D'autres sources potentielles incluent les échappements des moteurs automobiles. Par exemple, la combustion d'un gaz, d'une biomasse ou d'une bougie peut entraîner la production d'une catégorie de nanomatériaux appelés fullerènes.

Les nanomatériaux à la fois naturels et utiles se retrouvent souvent dans les systèmes biologiques. Des nanomatériaux organiques naturels peuvent être trouvés dans la structure des foraminifères (principalement de la craie), des virus (protéines, capside), des cristaux de cire recouvrant une feuille de lotus ou de capucine, de la soie d'araignée et d'araignée-acarien, les « spatules » au bas des pieds de gecko, certaines écailles d'ailes de papillon, des colloïdes naturels (lait, sang), des matériaux cornés (peau, griffes, becs, plumes, cornes, cheveux), du papier, de la croûte terrestre. nanomatériaux inorganiques naturels. Par exemple, les argiles ont des nanostructures complexes parce que la structure cristalline sous-jacente a une anisotropie, et l'activité volcanique peut donner naissance à des opales, qui sont des exemples de cristaux photoniques naturels en raison de la structure à l'échelle nanométrique des opales. Les incendies sont des réactions particulièrement compliquées qui peuvent entraîner la production de pigments, de ciment et de silice fumée, entre autres produits.

Les produits de combustion, les incendies de forêt, les cendres volcaniques, les embruns océaniques et la désintégration radioactive du radon sont tous des sources naturelles de nanoparticules. De plus, les nanomatériaux naturels peuvent être produits par les processus d'altération des roches contenant des métaux ou des anions, ainsi que dans les endroits où se produit le drainage minier acide.

Nanoparticules naturelles disposées dans une galerie

Capside virale

« Effet Lotus », un effet hydrophobe qui a également la capacité de se nettoyer.

Gros plan du dessous de la patte d'un gecko marchant sur une paroi de verre (spatule : 200 × 10-15 nm)

Micrographie MEB à l'échelle d'une aile de papillon (× 5000)

Une plume d'un paon (détail)

Opale Cristal Brésilien. L'interférence et la diffraction de la lumière générées par la présence de sphères de silice sont à l'origine de l'arc-en-ciel de couleurs (150 à 300 nm de diamètre).

Teinte bleue d'une espèce de tarentule (450 nm ± 20 nm)

Lorsque l'on tente de classer des nano-objets, il est courant de considérer combien de leurs dimensions se trouvent à l'échelle nanométrique. Il est possible de décrire une nanoparticule comme un nano-objet qui a ses trois dimensions extérieures à l'intérieur de l'échelle nanométrique et dont les axes les plus longs et les plus courts ne varient pas substantiellement les uns des autres. À l'échelle nanométrique, une dimension extérieure d'une nanofibre se compose de deux dimensions internes, les nanotubes représentant les nanofibres solides et les nanotiges représentant les nanofibres creuses. L'une des dimensions extérieures d'une nanoplaque ou d'une nanofeuille est mesurée à l'échelle nanométrique.

Il existe des sous-ensembles de matériaux microporeux et mésoporeux qui sont inclus dans la catégorie des matériaux nanoporeux. Les matériaux sont considérés comme microporeux si la taille moyenne de leurs pores est inférieure à 2 nanomètres, tandis que les matériaux sont considérés comme mésoporeux si leur taille moyenne de pores est comprise entre 2 et 50