Les cliniciens disposent aujourd'hui d'un arsenal de plus de 200 médicaments pour traiter une gamme de cancers - 68 médicaments ont été approuvés entre 2011 et 2016 seulement. Mais de nombreux agents chimiothérapeutiques posent des défis tenaces :ils provoquent des effets secondaires graves car ils tuent les cellules saines en plus des cellules cancéreuses; certaines formes de cancer développent une résistance aux médicaments; et beaucoup de ces chimiothérapies, étant peu soluble dans l'eau, démontrent une faible biodisponibilité entraînant une administration sous-optimale du médicament aux cellules cancéreuses.

Une solution potentielle réside dans la combinaison synergique d'un médicament chimiothérapeutique avec du matériel génétique conçu pour neutraliser les gènes malveillants conférant une résistance à ce médicament, entre autres fonctions.

Bien qu'il existe de nombreux exemples de doubles véhicules synthétiques d'administration de gènes et de médicaments, les nouveaux matériaux hybrides développés dans le laboratoire de la NYU Tandon School of Engineering utilisent des protéines facilement modifiables pour fournir un double coup chimique :ils combinent un « conteneur » lipidique pour la transfection - le transport de la cargaison au-delà d'une membrane cellulaire - et un pour fabriquer une capsule de protéine qui peut lier à la fois de petites molécules chimiothérapeutiques et des acides nucléiques.

Développé par une équipe dirigée par le professeur agrégé NYU Tandon de génie chimique et biomoléculaire Jin Kim Montclare, qui est également professeur affilié de chimie au Collège des arts et des sciences de NYU, et professeur affilié de biomatériaux au NYU College of Dentistry, en plus d'être affilié à SUNY Downstate en tant que professeur de biochimie, le matériau hybride lipide-protéine, appelé lipoprotéoplexe, comprend à la fois une macromolécule de protéine suralimentée enroulée et un agent de transfection disponible dans le commerce appelé Lipofectamine 2000.

Parce que les chercheurs ont conçu la macromolécule de protéine avec des charges positives étendues sur la surface et un noyau hydrophobe, il peut être facilement festonné d'ARN interférent court chargé négativement (ARNsi) - un outil puissant pour supprimer les gènes qui invoquent la résistance aux médicaments et propagent des états pathologiques - tout en servant également d'outil efficace, et la réduction de la toxicité, fourre-tout pour l'agent chimiothérapeutique hydrophobe doxorubicine.

Dans une recherche publiée dans Biomacromolécules , un journal de l'American Chemical Society, l'équipe détaille comment le lipoprotéoplex exposé à des échantillons de la lignée cellulaire de cancer du sein MCF-7 a délivré plus de doxorubicine aux cellules cibles que la Lipofectamine 2000 seule, entraînant une diminution substantielle de la viabilité des cellules MCF-7. Ils ont également démontré que la macromolécule hybride était très efficace pour la transfection d'ARNsi, faire taire le gène de 60 pour cent.

Montclare a déclaré qu'un avantage clé du nouveau lipoprotéoplex est la facilité de modification, un atout pour les chercheurs qui étudient les cellules dont le comportement génétiquement invoqué change avec le temps et diffère selon la lignée cellulaire et le patient. Un peu comme un système de composants mix-and-match, le lipoprotéoplex permet aux chercheurs d'échanger une protéine suralimentée ou un composant lipidique et un nombre quelconque de siARN pour traiter une lignée cellulaire et un type de médicament spécifiques.

"Contrairement à d'autres activités visant à produire des systèmes d'administration de gènes et de médicaments, cette approche ne nécessite pas de procédures de synthèse chimique fastidieuses; nous pouvons plutôt biosynthétiser n'importe quelle variante de la protéine suralimentée, ", a-t-elle déclaré. "Cela permet de substituer différentes molécules d'ARNsi et des médicaments chimiothérapeutiques pour répondre aux besoins du laboratoire."

Dans des travaux récents sur les matériaux hybrides à base de protéines, Montclare et ses collaborateurs ont combiné une protéine suralimentée modifiée avec le réactif de transfection Fugene. La combinaison a présenté une amélioration de huit fois de l'efficacité de transfection de l'ADN par rapport à Fugene seul, avec une cytotoxicité négligeable.

Montclare étudie les mécanismes qui permettent à ces lipoprotéoplexes de délivrer efficacement des gènes et des médicaments à travers différentes lignées cellulaires.