Exploration du monde des nanoparticules

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Le monde que Martin Mkandawire étudie est très, très petit, mais ses travaux pourraient avoir un énorme impact sur la santé humaine et le traitement des maladies, notamment le cancer. Il contribue aussi considérablement à assainir l’environnement, particulièrement autour des sites miniers et industriels.

Mkandawire est professeur de chimie et scientifique à l’Université du cap Breton (CBU) qui utilise la spectroscopie et la photochimie pour étudier les propriétés des nanoparticules – des objets microscopiques mesurant moins de 100 nanomètres de diamètre. Il examine les composés organométalliques et les interactions entre les molécules et les nanoparticules qui ont au moins une liaison entre un atome d’un composé organique et un métal. Martin Mkandawire met également au point des appareils utilisant des processus biologiques naturels comme modèle, y compris le développement et l’amélioration de l’efficacité des cellules solaires organiques basées sur la photosynthèse de cyanobactéries.

À titre de chaire de recherche industrielle de la gestion de l’eau d’exhaure au Centre Verschuren pour la durabilité de l’énergie et de l’environnement à la CBU, Mkandawire consacre la plus grande partie de sa recherche à l’assainissement et la gestion des eaux d’exhaure, à l’élaboration de stratégies économiques de nettoyage et d’épuration fondées principalement sur les principes de la nanotechnologie. L’une d’entre elles consiste à utiliser des capteurs qui contiennent des protéines liées aux nanoparticules qui changent de couleur ou deviennent fluorescentes lorsqu’elles rentrent en contact avec certains polluants – comme les canaris détecteurs de gaz toxiques dans les mines de charbon. « Nous utilisons les nanoparticules pour perfectionner les biocapteurs », explique-t-il.

Mkandawire et son équipe se servent aussi de la nanotechnologie pour rendre les traitements de radiothérapie pour le cancer plus surs et efficaces. Amanda Cameron est étudiante de premier cycle en chimie à la CBU et récipiendaire en 2015 d’une bourse de recherche d’ACENET. Elle est également l’un des auteurs d’un article mémorable sur les taux d’absorption des nanoparticules de l’or publié dans la revue universitaire Nanoscale de la Royal Chemical Society. Sous la direction de Mkandawire, elle examine l’interaction des nanoparticules avec certains médicaments pour le cancer. « À l’heure actuelle, un grand nombre d’effets secondaires sont liés à certains médicaments contre la cancer », expliqueCameron. « Si nous attachons ces médicaments à une nanoparticule visant les cellules cancéreuses, nous pouvons mieux cibler la tumeur sans toucher les cellules saines qui l’entourent. »

En injectant des nanoparticules métalliques directement dans les cellules cancéreuses, de petites doses de radiation peuvent être concentrées avec une grande précision afin de les détruire sans endommager les cellules saines tout autour. « Grâce à cette technique, une petite quantité de radiation a un puissant effet », déclare Mkandawire. Son équipe tente également de cibler les nanoparticules de la mitochondrie des cellules cancéreuses – une étude qu’ils ont publiée dans la revue universitaire Nanoscale de la Royal Chemical Society.

Les recherches en nanotechnologie peuvent aussi mener à des améliorations majeures dans l’un des plus anciens traitements médicaux au monde : les pansements pour plaies. Mkandawire met à l’essai des pansements intelligents contenant des nanoparticules magnétiques incorporées aux fibres du pansement qui sont capables de détecter les bactéries et d’améliorer les conditions durant la guérison des plaies, telles que la température ou le pH – des conditions qui peuvent tuer les bactéries sans l’usage d’antibiotiques ou d’autres médicaments. « En ce moment, il est nécessaire d’enlever le pansement chaque fois pour vérifier s’il y a infection , affirme Mkandawire. Les pansements intelligents permettraient de garder le pansement sans déranger la plaie et de rester bien protégé contre les infections. »

Pour réaliser ses recherches, Mkandawire utilise le réseau informatique ACENET qui lui permet d’exécuter des algorithmes complexes avant de procéder aux essais de ses théories en laboratoire. « Nous pouvons saisir des paramètres comme les propriétés thermodynamiques, les taux de réaction, l’énergie d’interaction, le type d’interaction et la force de la liaison moléculaire. Cela nous permet d’analyser ce qui arrivera avec le temps. Il s’agit de calculs extrêmement complexes et l’ordinateur met beaucoup de temps à les exécuter. ACENET accélère le processus et nous permet d’accomplir beaucoup plus dans la période de temps limité dont nous disposons. C’est une ressource précieuse. »

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