Les médicaments à base de protéines se sont révélés prometteurs dans le traitement du cancer, mais ils sont difficiles à délivrer car le corps décompose généralement les protéines avant qu'elles n'atteignent leur destination.

Pour contourner cet obstacle, une équipe de chercheurs du MIT a développé un nouveau type de nanoparticule capable de synthétiser des protéines à la demande. Une fois que ces particules « usine à protéines » atteignent leurs cibles, les chercheurs peuvent activer la synthèse des protéines en les éclairant avec une lumière ultraviolette.

Les particules pourraient être utilisées pour délivrer de petites protéines qui tuent les cellules cancéreuses, et éventuellement des protéines plus grosses telles que des anticorps qui déclenchent le système immunitaire pour détruire les tumeurs, dit Avi Schroeder, un post-doctorant au David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT et auteur principal d'un article paru dans la revue Lettres nano .

« C'est la première preuve de concept que vous pouvez réellement synthétiser de nouveaux composés à partir de matières premières inertes à l'intérieur du corps, " dit Schroeder, qui travaille dans les laboratoires de Robert Langer, Professeur à l'Institut David H. Koch du MIT, et Daniel Anderson, professeur agrégé de sciences et technologies de la santé et de génie chimique.

Langer et Anderson sont également les auteurs de l'article, avec Michael Goldberg, ancien post-doctorant du Koch Institute, Christian Kastrup et Christopher Levins

Imiter la nature

Les chercheurs ont eu l'idée de particules protéiniques en essayant de trouver de nouvelles façons d'attaquer les tumeurs métastatiques – celles qui se propagent du site du cancer d'origine à d'autres parties du corps. Ces métastases causent 90 pour cent des décès par cancer.

Ils ont décidé d'imiter la stratégie de fabrication de protéines trouvée dans la nature. Les cellules stockent leurs instructions de construction de protéines dans l'ADN, qui est ensuite copié dans l'ARN messager. Cet ARNm transporte des plans de protéines vers des structures cellulaires appelées ribosomes, qui lisent l'ARNm et le traduisent en séquences d'acides aminés. Les acides aminés sont liés entre eux pour former des protéines.

« Nous voulions utiliser des machines qui se sont déjà avérées très efficaces. Les ribosomes sont utilisés dans la nature, et ils ont été perfectionnés par la nature pendant des milliards d'années pour être la meilleure machine capable de produire des protéines, ", dit Schroeder.

Les chercheurs ont conçu les nouvelles nanoparticules pour s'auto-assembler à partir d'un mélange qui comprend des lipides - qui forment les enveloppes externes des particules - plus un mélange de ribosomes, acides aminés et les enzymes nécessaires à la synthèse des protéines. Le mélange comprend également des séquences d'ADN pour les protéines souhaitées.

L'ADN est piégé par un composé chimique appelé DMNPE, qui s'y lie de façon réversible. Ce composé libère l'ADN lorsqu'il est exposé à la lumière ultraviolette.

« Vous voulez pouvoir le déclencher pour que le système ne s'allume que lorsque vous voulez qu'il fonctionne, ", dit Schroeder. « Lorsque les particules sont frappées par la lumière, l'ADN est libéré d'un composé de mise en cage et peut ensuite entrer dans le cycle de production de la protéine.

Usines programmables

Dans cette étude, les particules ont été programmées pour produire soit de la protéine fluorescente verte (GFP) soit de la luciférase, qui sont tous deux facilement détectés. Des tests sur des souris ont montré que les particules étaient incitées avec succès à produire des protéines lorsque la lumière UV les éclairait.

Attendre que les particules atteignent leur destination avant de les activer pourrait aider à prévenir les effets secondaires d'un médicament particulièrement toxique, dit James Heath, professeur de chimie au California Institute of Technology. Cependant, des tests supplémentaires doivent être effectués pour démontrer que les particules atteindraient leur destination prévue chez l'homme, et qu'ils peuvent être utilisés pour produire des protéines thérapeutiques, il dit.

« Il reste beaucoup de détails à régler pour que cette approche thérapeutique soit viable, mais c'est un concept vraiment génial et innovant, et ça stimule certainement l'imagination, " dit Heath, qui ne faisait pas partie de l'équipe de recherche.

Les chercheurs travaillent maintenant sur des particules capables de synthétiser des médicaments anticancéreux potentiels. Certaines de ces protéines sont toxiques pour les cellules cancéreuses et saines, mais en utilisant cette méthode d'administration, la production de protéines ne pouvait être activée que dans la tumeur, éviter les effets secondaires dans les cellules saines.

L'équipe travaille également sur de nouvelles façons d'activer les nanoparticules. Les approches possibles incluent la production déclenchée par le niveau d'acidité ou d'autres conditions biologiques spécifiques à certaines régions ou cellules du corps.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.