Une équipe de recherche de Skoltech a fait une revue systématique des publications sur la biocompatibilité in vitro des nanotubes de carbone et identifié les paramètres de fabrication qui pourraient les rendre sûrs pour les organismes vivants. Les scientifiques ont sélectionné environ 200 articles publiés au cours des 20 dernières années et ont effectué une analyse statistique des recherches rapportées. Il s’est avéré que les nanotubes de carbone utilisés comme substrats sont sans danger pour les cellules vivantes et, par conséquent, pourraient être utilisés pour l’électronique portable, implantable et textile. L’article présentant les conclusions de l’équipe a été publié dans la revue Avances RSC.
Les nanotubes de carbone (CNT) sont très prometteurs pour les applications biomédicales : ingénierie et régénération tissulaire, administration ciblée de médicaments, destruction sélective des cellules cancéreuses, bioimagerie, et bien plus encore. Ceci est possible grâce à la combinaison unique des dimensions nanométriques des CNT et de leurs propriétés mécaniques, optiques et électriques exceptionnelles. Il y a plus de 20 ans, des scientifiques réussissaient pour la première fois à connecter des nanotubes à des neurones, l’un des systèmes biologiques les plus sensibles. Bien que leur étude ait marqué un point de départ pour d’autres recherches, des résultats controversés ont suivi : alors que certaines études n’ont révélé que des effets positifs, d’autres ont souligné la toxicité du matériau.
« Cela a conduit à un paradoxe : les scientifiques ont entrepris de multiples expériences pour étudier la toxicité des NTC, mais les doses toxiques restent encore obscures, et les rapports sur les effets biologiques varient considérablement. Nous avons donc décidé de passer en revue un énorme volume de recherches afin de cerner les paramètres clés qui influencent la toxicité », Skoltech Ph.D. l’étudiante Margarita Chetyrkina explique.
Dans leur examen, l’équipe s’est concentrée sur les articles traitant de la toxicité des NTC pour les cellules humaines et autres cellules de mammifères et a sélectionné 194 publications pour une analyse plus approfondie. Pour organiser les données publiées, les chercheurs ont introduit des paramètres supplémentaires de comparaison : type cellulaire, test de toxicité utilisé, temps d’incubation, type de contact entre les nanotubes et un système vivant, et géométrie. L’équipe a utilisé les données pour effectuer une analyse statistique qui a abouti à plusieurs conclusions importantes.
Il a été constaté que les NTC placés sur un substrat sont sans danger pour les cellules : dans 90 % des études, les cellules humaines et mammifères cultivées sur les NTC ont survécu et ont fait aussi bien que celles du groupe de référence. Cela conduit à une conclusion audacieuse selon laquelle les NTC peuvent être utilisés en toute sécurité dans l’électronique portable et textile et les implants pour les tissus musculaires et nerveux.
Les tests de dispersions de NTC ont produit des résultats moins ambigus, révélant des contributions substantielles de la dose, du temps d’incubation et des différences de formulations. Pourtant, plusieurs études ont montré que, dans certaines conditions, les NTC dissous conviennent à l’administration ciblée de médicaments, à la chimiothérapie, à la recherche sur les biocapteurs et à l’ingénierie tissulaire. Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour découvrir comment le matériau interagit avec les systèmes vivants.
« Nous espérons que notre examen aidera les chercheurs à mieux comprendre la toxicité et les applications biologiques des nanotubes, ainsi qu’à planifier leurs expériences, par exemple, choisir le type approprié de nanotubes de carbone ou de cellules ou le test de cytotoxicité approprié », a déclaré le concluent les auteurs.
Le développement d’un micromatériau à base de CNT, ou les soi-disant fibres, fait partie des projets de grande envergure menés par le laboratoire de nanomatériaux d’Albert Nasibulin au Skoltech Center for Photonic Science and Engineering. L’équipe du laboratoire a déjà testé ces microfibres conductrices flexibles à l’aide d’un appareil au poignet pour suivre le rythme cardiaque. À l’avenir, l’équipe prévoit de créer des électrodes biocompatibles et d’enregistrer l’activité électrique des neurones et des cellules musculaires. Cependant, pour ce faire, les chercheurs devaient savoir si « le diable est aussi noir qu’il est peint », c’est-à-dire s’attaquer à la toxicité des nanotubes. C’est exactement ce qu’ils ont essayé de faire en créant leur avis.
Margarita R. Chetyrkina et al, Toxicité in vitro des nanotubes de carbone : une revue systématique, Avances RSC (2022). DOI : 10.1039/D2RA02519A