(Phys.org) -- À mesure que le domaine de la nanomédecine mûrit, un point de discorde émergent a été la forme que devraient avoir les nanoparticules pour délivrer leur médicament ou leurs charges utiles d'ADN le plus efficacement possible.

Une paire de nouveaux articles rédigés par des scientifiques du Methodist Hospital Research Institute (TMHRI) et de six autres institutions suggère que ces chevaux de travail microscopiques devraient être en forme de disque, pas sphérique ou en forme de tige, lors du ciblage des cancers au niveau ou à proximité des vaisseaux sanguins.

"La grande majorité - peut-être 99% - du travail effectué en ce moment utilise des nanoparticules sphériques, " a déclaré l'ingénieur biomédical de TMHRI Paolo Decuzzi, Doctorat., chercheur principal pour les deux projets. "Mais les preuves montrent qu'il peut y avoir de meilleures façons d'amener les médicaments de chimiothérapie sur le site d'un cancer vascularisant."

Malgré leur popularité, il y a des problèmes avec les nanoparticules en forme de sphère. Ils sont petits, et ne peuvent pas livrer beaucoup de médicaments lorsqu'ils atteignent enfin leurs objectifs. Et ils sont également plus susceptibles d'être poussés en aval par le puissant flux sanguin.

"La petite surface exposée par les nanoparticules sphériques aux parois des vaisseaux sanguins - théoriquement un seul point - dans le tissu tumoral ne peut pas supporter une stabilité, adhérence ferme et ils sont facilement lavés. Et cela entrave leur accumulation effective dans le tissu malade, " a déclaré Decuzzi. " Ainsi, un certain nombre de laboratoires ont demandé, comment maximiser l'accumulation de nanoparticules dans les tissus malades ? Y a-t-il une meilleure forme ?"

Dans le rapport Biomatériaux d'août 2012 (Elsevier, maintenant en ligne), Decuzzi et ses coauteurs montrent qu'à différents niveaux, vitesses d'écoulement biologiquement pertinentes, les nanoparticules en forme de disque étaient moins susceptibles d'être poussées hors de leurs cibles que les nanoparticules en forme de tige - une autre forme précédemment proposée comme alternative aux sphères. La taille idéale était de 1, 000 par 400 nanomètres (diamètre par épaisseur). Les expériences ont été menées in vitro et confirmées par modélisation informatique.

Les nanoparticules sphériques sont construites autour de la charge utile du médicament dans un mode en trois dimensions grâce à l'auto-assemblage. La particule croît uniformément dans toutes les directions, formant une nanoparticule sphérique - ou presque sphérique.

Le groupe de nanomédecine méthodiste, dirigé par le président et chef de la direction de TMHRI, Mauro Ferrari, Doctorat., a développé une technique complètement différente. Les nanoparticules en forme de disque sont créées avec la technologie photolithographique, les mêmes outils utilisés pour fabriquer les plus petits composants des ordinateurs. La photolithographie permet à Ferrari, Decuzzi, et collègues pour spécifier la taille, la forme et les propriétés de surface des nanoparticules avec une grande précision. Les nanoparticules sont construites avec des trous en forme d'éponge à travers eux, c'est là que les médicaments sont chargés.

"Nous pouvons changer la taille, forme, et propriétés de surface -- paramètres « 3S » -- des particules indépendamment, " Decuzzi a déclaré. "C'est une technique très puissante."

Les nanoparticules sont construites avec du silicium, et des molécules biologiquement pertinentes sont ensuite attachées à l'extérieur pour améliorer la liaison aux cellules cibles et retarder la destruction par le système immunitaire. Le silicium a un profil de toxicité extrêmement faible aux doses généralement utilisées chez l'homme et les modèles animaux. Decuzzi a déclaré que les nanoparticules de silicium sont facilement décomposées et éliminées du corps dans les 24 à 48 heures.

Le deuxième article publié par Decuzzi et ses collègues, en février 2012 Journal de la libération contrôlée (aussi Elsevier), utilisé des modèles de souris pour montrer que 1, Les nanoparticules en forme de disque de 000 x 400 nm se lient facilement aux cellules de mélanome et à proximité, à 5 à 10 pour cent de la dose injectée par organe gramme - des concentrations qui sont compétitives ou meilleures que celles précédemment rapportées pour les nanoparticules sphéroïdes. Les chercheurs ont également montré que les disques de 1000 x 400 nm étaient les moins probables (que les disques plus petits ou plus grands, ou bâtonnets) pour finir dans le foie.

« Ces deux articles sont l'aboutissement de huit années de travail, en regardant les propriétés de disc-, tige-, et nanoparticules sphériques dans les simulations informatiques, in vitro, puis in vivo, " a déclaré Decuzzi. " Ce qui a été le plus gratifiant, c'est que toutes les choses importantes que nous avons prédites via des modèles mathématiques se sont avérées vraies dans des expériences réelles. Nous sommes sur le point de répondre à des questions cruciales sur ce à quoi ces nanoparticules doivent ressembler. »

Decuzzi dit que son groupe continuera à travailler sur l'optimisation des nanoparticules et, en particulier, examinera ce qu'il appelle le problème des « 4S ». Après avoir établi la bonne taille, forme, et chimie de surface, Decuzzi dit qu'il veut voir si la bonne quantité de rigidité, ou la flexibilité, peut encore améliorer les performances in vivo des nanoparticules.