Brevet FR2915062A1 — publié le 20081024

La présente invention concerne l'utilisation de moyens d'adsorption du CO2 dans un filtre de cigarette pour réduire le taux de CO2 parmi les gaz provenant de la combustion du tabac inhalés par un fumeur. Il est bien connu que le tabagisme est la cause d'un grand nombre de cas de cancers du poumon et de la gorge. En effet, la combustion du tabac dans une cigarette, un cigare ou une pipe, donne lieu à une fumée comprenant de très nombreuses substances chimiques provenant de la feuille de tabac, ou se formant par réaction chimique lorsque le tabac se consume. Certaines de ces substances sont référencées comme étant carcinogènes ou mutagènes, et de fait, participent au développement des tumeurs au niveau de la gorge et des poumons. La fumée du tabac, dans son courant primaire et principal, c'est-à-dire celle qui est aspirée directement par le fumeur à travers la cigarette lorsque celui-ci active la combustion du tabac, est un aérosol composé d'une phase gazeuse et d'une phase particulaire. La phase particulaire est constituée de particules dont le diamètre, est compris entre 0,1 et 1 m, qui, du fait de leur petite taille, parviennent dans les alvéoles pulmonaires. Ces particules renferment souvent des produits toxiques organiques qui précipitent au contact des membranes alvéolaires et forment des dépôts difficiles à éliminer par l'organisme (goudrons) ou qui se dissolvent dans le cytoplasme des cellules en formant des radicaux libres qui réagissent avec différents constituants cellulaires (mutagènes, cytotoxiques...). Les filtres de cigarettes les plus basiques sont généralement 25 constitués d'un enchevêtrement de fibres de cellulose qui visent prioritairement à retenir ces fines particules. La phase gazeuse, constituée à 80 % par l'azote et l'oxygène provenant de l'air atmosphérique, comprend de 12 à 15 % de dioxyde de carbone (CO2), 3 à 6 % de monoxyde de carbone (CO), 0,1 à 0,2 % de 30 cyanure d'hydrogène (CHN) et 1 à 3 % de divers composés organiques volatiles en particulier des oxydes d'azote (NOx) (Norman, V. An overview of the vapor phase, semi volatile and non volatile components of cigarette smoke (1997) Recent Advances in Tobacco Science, 3:28-58). Les quantités de gaz sont ici exprimées en pourcentage molaire par rapport à la totalité des gaz constituant la phase gazeuse. Les oxydes d'azote forment des radicaux libres très irritants pouvant notamment provoquer des crises d'asthme. Le cyanure d'hydrogène et le monoxyde de carbone présentent une forte affinité vis-à-vis des hématies qui véhiculent l'oxygène dans le sang et peuvent provoquer des anémies, voire des asphyxies. Pour tenter de limiter l'inhalation par le fumeur de ces trois gaz jugés nocifs, différents types de filtres de cigarettes ont été mis au point, notamment des filtres comprenant des catalyseurs sous forme de particules métalliques nanométriques (WO 2004/110186) fixées à la surface de structures poreuses tels que des zéolithes, des charbons actifs ou des billes de silices. Ces structures poreuses permettent d'offrir une grande surface de contact avec ces gaz, de sorte, qu'en présence des catalyseurs, les gaz sont convertis en dioxyde de carbone (CO2) par oxydation. Les structures poreuses ou les gels de silice sont ainsi traitées à l'aide d'une solution de catalyseurs avant d'être incorporés dans les filtres de cigarettes. Les filtres existants de ce type ont donc pour but d'éliminer le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote et le cyanure d'hydrogène considérés comme nocifs en les convertissant en CO2 par oxydation. En effet, le CO2 est considéré dans la littérature comme un gaz n'ayant pas d'effet notoire sur la santé du fumeur. Néanmoins, suite à des expérimentations conduites chez des souris décrites ci-après, les présents inventeurs ont mis en évidence, que le CO2 induisait une réaction d'inflammation au niveau des poumons. Ils ont en effet mis en évidence une augmentation très significative de l'expression des protéines 13-caténine et NFKB P65, dans les tissus pulmonaires des souris ayant inhalé de l'air ayant une teneur en CO2 supérieure à 10 % (sans diminution du taux d'oxygène). Cette augmentation, qui traduit un état d'inflammation des cellules pulmonaires, n'a pas été constatée chez les souris inhalant de l'air atmosphérique, c'est à dire un air contenant moins de 2 % de CO2. II apparaît donc que, contrairement à ce qui était admis jusqu'à présent dans la littérature, le CO2 prend part de manière significative à l'inflammation des tissus épithéliaux de la gorge et des poumons. Etant donné que les cancers de la gorge et des poumons sont par ailleurs corrélés au nombre de cigarettes fumées, ainsi qu'au nombre d'années durant lequel un individu est exposé à la fumée du tabac, l'inflammation liée au CO2 pourrait être, par sa fréquence, un phénomène prégnant, au même titre, voire davantage, que la présence des nombreuses substances cancérigènes contenues dans la fumée de cigarette. Il est en effet reconnu sur le plan médical que l'inflammation chronique des tissus facilite l'apparition de fibroses pulmonaires et le développement de cancers. Afin de surmonter ce risque, les inventeurs préconisent au travers de la présente demande, d'introduire dans les cigarettes des moyens permettant de réduire le taux de CO2 provenant de la combustion du tabac, inhalé par le fumeur. L'invention s'applique plus particulièrement aux filtres de 20 cigarettes fixes ou amovibles pouvant comprendre de tels moyens. Par filtre fixe, on entend un filtre jetable du type de ceux qui sont introduits à l'extrémité des cigarettes par les industriels lors de leur fabrication. Par filtre amovible, on entend un filtre qui peut être utilisé plusieurs fois et qui, selon un aspect préféré, peut être nettoyé ou régénéré. 25 La figure 1 représente un graphique indiquant en ordonnée l'indice Penh mesuré par plethysmographie des souris Balb c/ utilisées dans l'expérience décrite dans l'exemple 1, et en abscisse, les injections successives de CO2 (5, 10 et 15 %) effectuées toutes les deux minutes dans 30 l'air inhalé par lesdites souris. La figure 2 représente deux diagrammes. Ces digrammes comparent la concentration relative de la protéine R-caténine (A) et de la protéine NFKB P65 (B) dans les extraits cellulaires de poumon de souris sacrifiées après inhalation d'air comprenant 15 % de CO2 pendant 10 minutes et de souris témoins ayant inhalé de l'air atmosphérique. La présente invention a donc pour objet l'utilisation de moyens de captation du CO2 dans un filtre de cigarette pour réduire le taux de CO2 inhalé par un fumeur provenant de la combustion du tabac. Par captation, on entend tout moyen permettant l'immobilisation du CO2 sur un support moléculaire ou sa transformation en une autre entité chimique. De préférence, lesdits moyens permettent de capter au moins 20 % du CO2 devant être inhalé par le fumeur, plus préférentiellement au moins 40 % et encore plus préférentiellement au moins 60 % du CO2 devant être inhalé par le fumeur. Les quantités de CO2 captées sont ici exprimées par rapport à la quantité de CO2 présent dans la phase gazeuse provenant de la combustion du tabac. La quantité de CO2 capté est ici exprimée en pourcentage de la quantité (molaire) de CO2 par rapport à la quantité totale de CO2 présente dans la phase gazeuse résultant de la combustion du tabac, dans son courant primaire et principal, dans une cigarette sans filtre. Ce calcul résulte de la comparaison des mesures effectuées à l'aide d'une machine à fumer analytique en présence et en l'absence des moyens de captation du CO2 introduits dans la cigarette ou dans le filtre, suivant une méthode standard conforme aux normes en vigueur (Les conditions normalisées sont définies dans la norme 3308 de l'Organisation internationale de normalisation (ISO) intitulée : Machine à fumer analytique de routine pour cigarettes ). Les moyens visés selon l'invention sont préférentiellement des moyens d'adsorption du CO2. Ils permettent de réduire ou limiter le taux de CO2 devant être inhalé par le fumeur. Ces moyens, en tant que tels, sont connus de l'homme du métier et ont été utilisés dans des domaines d'applications sans rapport avec les filtres de cigarettes. Les moyens de l'invention peuvent être combinés à d'autres moyens de filtration pour limiter l'émission de particules ou de gaz toxiques autres que le CO2. Ces moyens, ainsi que la structure des filtres de cigarettes, sont bien connus de l'homme du métier (Davis D.L. and Nielsen M.T. eds. (1999) Tobacco : Production, Chemistry and Technology, Blackwell Science). Un moyen d'adsorption du CO2 préféré selon l'invention est un charbon activé. Le charbon actif peut être fabriqué par exemple à partir de coques de noix de coco carbonisées. Cette matière produit un charbon à structure granulaire forte, réduisant la formation de poussière. II est "activé" par traitement à la vapeur d'eau surchauffée à 800 -1000 C, ce qui a pour effet d'augmenter de façon très significative la porosité du charbon et ainsi d'obtenir une surface spécifique comprise entre 500 et 3500 m2/g généralement entre 500 et 1500 m2/g. Un charbon actif selon l'invention est par exemple celui commercialisé par Sud Chemie (Lenbachplatz 6, 80333 Munich, Allemagne) lequel est capable d'adsorber environ 4 moles de CO2 par kg de charbon actif à 22 C, 250 psi en présence de 15% CO2, 82% N2 and 3% 02 and H2O, 19cc/min, ou bien encore le charbon actif vendu sous la marque MAXSORB par Kansai Coke Chemicals Co. Ltd. (Otowa, T. et al. (1993) Production and adsorption characteristics of MAXSORB : high-surface-area active carbon, Active carbon and carbon molecular sieves 7(4):241-245). Un filtre de cigarette selon l'invention, comprend généralement entre 0,1 et 3 g et de préférence entre 0,2 et 2 g d'un charbon actif selon l'invention. Un autre moyen préféré d'adsorption du CO2 selon l'invention consiste en l'utilisation de zéolithes. Les zéolithes sont des alumino-silicates hydratés, d'origine naturelle (roche volcanique) ou synthétique. Leur structure chimique est un réseau cristallin complexe, présentant de nombreuses cavités contenant des molécules d'eau et des ions chargés positivement (notamment K+ et Cal+). Une fois que l'eau a été éliminée par chauffage, les cavités peuvent être occupées par des composés chimiques en fonction de la taille de ces molécules et de leur polarité, tels que des molécules de CO2. Des zéolites préférées selon l'invention sont des zéolithes riches en aluminium, c'est-à-dire dont le rapport silice/aluminium dans le cristal est compris entre 1 et 5, de préférence entre 2 et 5, et plus préférentiellement entre 3 et 5. Les zéolithes riches en sodium sont également préférées. Ces types de zéolithes ont en effet montré une capacité d'adsorption du CO2 plus élevée. Les zéolithes, par exemple celles de type 4A et 5A c'est-à-dire des zéolithes ayant généralement des pores compris entre 0,3 nm et 0,8nm, de préférence entre 0,4 et 0,7 nm et plus préférentiellement entre 0,5 et 0,7 nm, sont particulièrement adaptées, ainsi que celles qui présentent une structure cristalline de type X, c'est-à-dire hexagonale, comme les zéolithes 13X, La société Zeochem AG commercialise une zéolite 13X particulièrement utile à cet effet, qui est capable d'adsorber environ 6-7 moles de CO2 par kg de zéolite 13X à 22 C, 250 psi, en présence de 15% CO2, 82% N2 and 3% 02 and H2O, 19cc/min. Un autre type de zéolithes utilisables pour l'adsorption du CO2 est la Siliporite , commercialisée par la société CECA, utilisée notamment dans un concentrateur d'oxygène, le MEDOX (Medical Oxygen Concentrator). Un filtre de cigarette préféré selon l'invention, comprend généralement entre 0,1 et 3 g, de préférence entre 0,2 et 2 g d'une zéolite selon l'invention. Selon un aspect préféré de l'invention les zéolites peuvent être préalablement traitées avec des solutions polaires, par exemples des solutions d'un composé amine ou éther, visant à augmenter leur capacité d'adsorption comme indiqué dans US 6,908,497. Un moyen d'adsorption du CO2 préféré selon l'invention consiste en l'utilisation de MOF (Metal-Organic Frameworks). Les MOF sont des matériaux cristallins de faible densité constitués de motifs de zinc et d'oxygène reliés entre aux par des molécules organiques telles que le 1,4- benzènedicarboxylate [Yaghi, O., Science, 295 :469]. Leur structure cristalline est telle que des molécules de gaz peuvent être stockées à l'intérieur même du réseau cristallin. La synthèse de MOF est facile à obtenir et peut connaître certaines adaptations au niveau de la composition des chaines organiques afin que la structure cristalline soit munie de groupements chimiques permettant des interactions avec les molécules de gaz que l'on cherche à adsorber. Il est également possible d'agir sur la taille du cristal en modifiant les chaines organiques pour adopter une taille optimale pour l'adsorption de molécules de CO2. Selon l'invention, le MOF utilisé est plus particulièrement choisi parmi les suivants : MOF-177, IRMOF-1, IRMOF-6, IRMOF-3, IRMOF-11, le Cu3(BTC)2, MOF-74 et MOF-505 [Millward A.R. et al. (2005) Metalorganic frameworks with exceptionally High Capacity for storage of carbon dioxide at room temperature, J. Am. Chem. Soc., 127:17998-999]. Un filtre de cigarette préféré selon l'invention, comprend généralement entre 0,1 et 3 g, de préférence entre 0,2 et 2 g de MOF. Les différents moyens utiles selon l'invention décrits ci-dessus pour capter et plus particulièrement adsorber le CO2, sont généralement introduits dans des filtres d'acétate de cellulose sous la forme d'un segment transversal de quelques millimètres d'épaisseur de sorte à capter le maximum du flux gazeux inhalé par le fumeur. Alternativement, ces moyens peuvent être dispersés de manière homogène dans le filtre ou suivant un gradient de concentration prenant la direction ou la direction opposée de ce flux. Un filtre de cigarette selon l'invention comprend plus généralement des moyens d'adsorption du CO2 permettant de capter au moins 20 %, de préférence au moins 40 % et plus préférentiellement au moins 60 % du taux de CO2 résultant de la combustion du tabac inhalé par un fumeur. L'invention a aussi pour objet une cigarette comprenant un filtre tel que défini précédemment. L'invention a également pour objet un procédé pour fumer une cigarette, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à capter le CO2 provenant de la combustion du tabac dans un filtre, de préférence par adsorption, avant inhalation par le fumeur des gaz provenant de ladite combustion. Dans un tel procédé, le CO2 peut être capté à l'aide d'un moyen d'adsorption du CO2 tel que défini précédemment. L'utilisation d'un moyen de captation du CO2 dans un filtre ou une cigarette, tel que défini précédemment, vise plus particulièrement à limiter les risques d'inflammation et de cancer du poumon ou de la gorge. La présente invention a ainsi pour objet une méthode de prévention du cancer ou de l'inflammation des poumons et de la gorge, consistant à limiter le taux de CO2 inhalé par un sujet, plus particulièrement par un sujet fumeur. Les exemples qui suivent ont pour but d'illustrer le fondement de l'invention sans apporter de limitation à l'étendue de la protection demandée. EXEMPLE Mise en évidence d'un effet inflammatoire du CO2 sur les cellules pulmonaires 20 1/ Des souris BALB/c ont été placées dans une enceinte fermée dont le taux de CO2, à taux d'oxygène constant, a été artificiellement porté à 2 (témoin air atmosphérique) 5, 10 et 15 % par injection de CO2 dans l'enceinte toutes les deux minutes tout en maintenant la teneur de l'air en oxygène constante. A chacune des ces concentrations, une exploration fonctionnelle 25 non invasive a été menée sur les souris par pléthysmographie, selon la technique décrite par Hamelmann et al. (1997) Am J Respir Crit Care Med 156: 766-775). Cette technique consiste à estimer la détresse respiratoire des souris par détermination de la valeur Penh (enhanced pause). La valeur Penh est un paramètre qui permet notamment de mesurer le rapport de l'amplitude 30 expiratoire et inspiratoire et ainsi d'évaluer l'ampleur des crises d'asthme, c'est-à-dire l'état d'inflammation des bronches et bronchioles du fait d'une réduction du diamètre de ces dernières (résistance respiratoire).15 Les résultats obtenus ont été reportés sur le graphique de la figure 1. Il ressort de cette expérience que la valeur Penh augmente lorsque le taux de CO2 augmente. Cette valeur double lorsque le taux de CO2 passe de 10 à 15 % pour atteindre un niveau qui est 6 fois supérieur au témoin. Aussi un taux de CO2 moyen de 13 %, équivalent de celui provenant de la combustion du tabac, affecte sensiblement le système respiratoire en induisant une inflammation. 2/ Après avoir maintenu les souris durant 10 minutes dans les enceintes aux différentes concentrations de CO2 précitées, les souris ont été sacrifiées (une heure après le début de l'expérience) afin de doser dans le noyau de leurs cellules pulmonaires les protéines 3-caténine et NFKB P65. La protéine 8-caténine est un facteur de transcription agissant sur le cycle cellulaire, impliqué notamment dans la prolifération cellulaire et dans le cancer du poumon (Lim J.H. (2006) Cancer Res; 66(22) : 10677-82). La protéine NFKB P65 est un facteur de transcription de la famille NFkB, contribuant à l'activation de nombreux oncogènes et gène impliqués dans la réponse inflammatoire (Nishikori, M. (2005) J. Clin. Exp. Hemathopathol. 45(1) :15-18). Ces deux protéines sont des marqueurs reconnus de l'inflammation et du cancer. Elles ont été dosées par densité optique en utilisant des kits spécialisés. La p-caténine a été dosée à l'aide d'un test ELISA (Catenin Enzyme Immunoassay Kit, Assay designs, Ann Arbor,Ml) suivant les instructions du fabricant. La protéine NFkB P65 a été dosée par un autre test ELISA (TrasAM NFKB p65 nuclear DNA based ELISA, Active Motif, Rixensart, Belgique) suivant les instructions du fabriquant. Les valeurs obtenues, reportées dans le diagramme de la figure 2, sont exprimées par rapport à la concentration totale des protéines extraites du noyau des cellules. L'augmentation de la concentration des protéines R-caténine et NFKB P65 dans le noyau traduit un état d'inflammation ou de dérégulation des cellules, qui est directement imputable à l'augmentation de la concentration en CO2. REVENDICATIONS 1. Utilisation de moyens de captation du CO2 dans un filtre de 5 cigarette pour réduire le taux de CO2 inhalé par un fumeur provenant de la combustion du tabac. 2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de captation du CO2 est un moyen d'adsorption du CO2. 3. Utilisation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle permet de diminuer d'au moins 20 %, de préférence au moins 40 %, et plus préférentiellement au moins 60 %, le taux du CO2 inhalé par un fumeur provenant de la combustion du tabac. 15 4. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le moyen d'adsorption du CO2 consiste en un charbon actif, une zéolithe ou un MOF. 20 5. Procédé pour fumer une cigarette, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à capter le CO2 provenant de la combustion du tabac dans un filtre, avant inhalation par le fumeur des gaz provenant de ladite combustion. 25 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le CO2 est capté à l'aide de charbon actif, de zéolithe ou de MOF. 7. Filtre de cigarette caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'adsorption du CO2 permettant de capter au moins 20 %, de 30 préférence au moins 40 % et plus préférentiellement au moins 60 % du taux de CO2 résultant de la combustion du tabac inhalé par un fumeur. 10 8. Filtre de cigarette caractérisé en ce qu'il comprend du charbon actif comme moyen d'adsorption du CO2 inhalé par le fumeur provenant de la combustion du tabac. 9. Filtre de cigarette caractérisé en ce qu'il comprend un composé de type MOF comme moyen d'adsorption du CO2 dans les gaz provenant de la combustion du tabac inhalés par le fumeur. 10. Filtre de cigarette caractérisé en ce qu'il comprend une 10 zéolithe comme moyen d'adsorption du CO2 dans les gaz provenant de la combustion du tabac inhalés par le fumeur. 11. Filtre de cigarette selon la revendication 10, caractérisé en ce ladite zéolithe est de type 4A, 5A ou 13X. 12. Cigarette caractérisée en ce qu'elle comprend un filtre selon l'une quelconque des revendications 7 à 11. 15