Des chercheurs de l’université de Tohoku, au Japon, et de l’université Christian Albrechts de Kiel, en Allemagne, examinent de manière critique l’utilisation de nanoparticules recouvertes de surfactant dans les domaines de la nanomédecine et de la nanotechnologie alimentaire. La revue, récemment publiée dans le Journal international de nanomédecine, discute également des progrès actuels et des défis associés à la technologie des nanoparticules enrobées de surfactant.
étude : Un Examen Critique De L’utilisation De Nanoparticules Enduites De Tensioactifs En Nanomédecine Et Alimentaire Nanotechnology. Crédit d’image : Kateryna Kon/Shutterstock.com
Sommaire
Introduction aux tensioactifs
Les tensioactifs sont des composés amphiphiles à longue chaîne qui se composent à la fois de groupes hydrophobes et hydrophiles dans leur structure chimique. Ces composés peuvent être classés selon la caractéristique du groupe hydrophile, qui comprend quatre sous-types distincts. Ceux-ci comprennent des tensioactifs cationiques, anioniques, zwitterioniques et non ioniques.
Les propriétés des tensioactifs dépendent souvent de l’équilibre hydrophile-hydrophobe (HLB), qui est un paramètre qui indique l’affinité du tensioactif pour l’eau et l’huile. Le paramètre de compactage critique (CPP), qui est un paramètre qui prédit l’auto-assemblage du tensioactif, détermine également en grande partie les caractéristiques structurelles du tensioactif.
Alors que les tensioactifs cationiques sont considérés comme le type de tensioactif le plus toxique, les tensioactifs non ioniques sont considérés comme les moins toxiques. En conséquence, les tensioactifs non ioniques sont utilisés dans une large gamme de produits de santé, cosmétiques et alimentaires. En plus du faible profil de toxicité des tensioactifs non ioniques, ces composés sont également associés à de faibles coûts de production, une stabilité élevée et une nature amphiphile.
La toxicité réduite des tensioactifs non ioniques est largement due à leurs groupes hydrophiles qui ne s’ionisent pas dans les solutions aqueuses. En conséquence, la concentration micellaire des tensioactifs non ioniques est souvent beaucoup plus faible par rapport aux tensioactifs ioniques, réduisant ainsi leur profil de toxicité.
Nanoparticules enrobées de tensioactif
La structure de surface des nanoparticules détermine souvent leur dispersion dans l’eau et la dynamique d’agrégation. La fonctionnalisation de la surface des nanoparticules organiques ou inorganiques avec des tensioactifs les stabilise, augmentant ainsi leur capacité à se disperser dans l’eau et leur vitesse d’agrégation. Ces nanoparticules sont appelées « nanoparticules recouvertes de tensioactif ».
Nanoparticules enrobées de tensioactif en nanomédecine
Certaines des façons courantes dont les nanoparticules organiques sont utilisées en nanomédecine sont pour l’encapsulation de médicaments anticancéreux, de gènes et de protéines pour une administration ciblée. L’administration sélective de nanoparticules organiques augmente l’efficacité thérapeutique des médicaments tout en réduisant simultanément les effets secondaires indésirables et en protégeant le médicament encapsulé d’une dégradation prématurée.
Dans le domaine de la nanomédecine, les tensioactifs sont souvent utilisés pour améliorer la fonctionnalité des nanoparticules. Les tensioactifs ont été largement utilisés pour enrober des nanoparticules organiques utilisées à des fins de traitement de maladies.
Le tensioactif le plus couramment utilisé pour préparer des nanoparticules de poly(acide lactique-co-glycolique) (PLGA) est l’alcool polyvinylique (PVA). Cependant, d’autres tensioactifs qui ont été utilisés pour enrober des nanoparticules organiques à des fins biomédicales comprennent le taurocholate de sodium et le cholate de sodium (SC).
Les tensioactifs peuvent également être utilisés en nanomédecine pour modifier la charge de la surface des nanoparticules afin d’améliorer leur localisation intracellulaire. Plus précisément, les nanoparticules chargées cationiques, par rapport aux nanoparticules chargées anioniques et non ioniques, présentent souvent une absorption cellulaire plus élevée en raison de l’attraction électrostatique qui se produit entre les nanoparticules et la surface chargée négativement des cellules. Certains tensioactifs cationiques qui ont été utilisés pour enrober des nanoparticules à cette fin comprennent le bromure de cétyltriméthylammonium (CTAB) et le bromure de didodécyldiméthylammonium (DDAB).
Malgré leurs avantages pour l’absorption cellulaire, les nanoparticules chargées cationiques sont plus susceptibles d’altérer l’intégrité de la membrane cellulaire et d’endommager les organites, notamment les mitochondries et les lysosomes. Dans un effort pour surmonter les effets potentiellement toxiques de ces tensioactifs, les nanoparticules enrobées de tensioactifs non ioniques sont associées à des effets secondaires réduits.
Dans l’ensemble, le tensioactif le plus largement utilisé pour enrober les nanoparticules à des fins biomédicales est le polyéthylène glycol (PEG). Malgré ses avantages, il existe des inquiétudes concernant le phénomène de clairance sanguine accélérée (ABC), qui est une réponse immunitaire qui élimine les nanoparticules modifiées par le PEG du corps. Des recherches sont actuellement en cours pour améliorer les fonctions des nanoparticules modifiées au PEG tout en affaiblissant simultanément le phénomène ABC.
Nanoparticules enrobées de tensioactif dans les nanotechnologies alimentaires
L’application de la nanotechnologie dans l’industrie alimentaire a considérablement augmenté au cours des dernières années en raison de son utilité dans l’amélioration des propriétés des produits alimentaires existants. Par exemple, l’encapsulation d’ingrédients alimentaires dans des nanoparticules a prolongé la durée de conservation de ces produits tout en réduisant simultanément leur dégradation par le système digestif.
Bien que certaines nanoparticules soient capables de surmonter l’environnement hostile du tube digestif, qui comprend diverses enzymes digestives et l’estomac très acide, des améliorations sont encore possibles pour assurer l’absorption complète des nutriments encapsulés. À cette fin, des nanoparticules enrobées de surfactant ont été développées non seulement pour surmonter certains des défis environnementaux susmentionnés du tractus gastro-intestinal, mais également pour pénétrer la barrière muqueuse dans l’intestin grêle afin d’assurer l’absorption de leur contenu par les cellules intestinales.
La nanodétection alimentaire est une autre application des nanoparticules dans l’industrie alimentaire, qui utilise des nanoparticules inorganiques pour détecter un large éventail de caractéristiques dans les produits alimentaires. Plus précisément, les nanoparticules sont utilisées pour détecter la présence d’adultérants, d’ingrédients artificiels, de toxines bactériennes et d’autres agents pathogènes. Ensemble, ces nanoparticules sont importantes pour garantir la sécurité et la qualité des produits alimentaires avant qu’ils n’atteignent le consommateur.
Comme de nombreux autres aspects de la nanotechnologie alimentaire, les tensioactifs sont également utilisés dans la nanodétection alimentaire pour améliorer encore les propriétés de ces nanoparticules. Les nanoparticules de magnétite recouvertes de tensioactifs cationiques, par exemple, sont associées à des limites de détection plus importantes. Des tensioactifs ont également été appliqués à la surface des nanoparticules d’argent, qui sont le type de nanoparticules le plus largement utilisé dans l’industrie alimentaire, pour empêcher la déshydratation et la détérioration microbienne des produits alimentaires.
Les stades digestifs après administration orale et les mécanismes de captation in vivo de snanoparticules enrobées de tensioactif à travers l’intestin grêle. Notes : (A-1) Route transcellulaire, à travers les cellules M. (A-2) Voie transcellulaire, à travers l’entérocyte. (B) Voie paracellulaire. (C) Voie de persorption.
Conclusion
Alors que la nanotechnologie continue de devenir une composante plus courante des industries médicales et alimentaires, les tensioactifs joueront inévitablement un rôle important dans l’amélioration des fonctions des nanoparticules. Si des travaux supplémentaires doivent être menés afin d’assurer la sécurité à la fois des nanoparticules et des tensioactifs qui sont utilisés pour revêtir leurs surfaces, la combinaison de ces deux technologies a un avenir prometteur.
