Les microparticules offrent un moyen prometteur d'administrer plusieurs doses d'un médicament ou d'un vaccin à la fois, car ils peuvent être conçus pour libérer leur charge utile à des intervalles spécifiques. Cependant, les particules, qui ont à peu près la taille d'un grain de sable, peuvent être difficiles à injecter car ils peuvent se boucher dans une seringue typique.

Les chercheurs du MIT ont maintenant développé un modèle informatique qui peut les aider à améliorer l'injectabilité de ces microparticules et à prévenir le colmatage. Le modèle analyse une variété de facteurs, y compris la taille et la forme des particules, pour déterminer une conception optimale pour l'injectabilité.

En utilisant ce modèle, les chercheurs ont réussi à multiplier par six le pourcentage de microparticules qu'ils pouvaient injecter avec succès. Ils espèrent maintenant utiliser le modèle pour développer et tester des microparticules qui pourraient être utilisées pour administrer des médicaments d'immunothérapie anticancéreuse, parmi d'autres applications potentielles.

« C'est un cadre qui peut nous aider avec certaines des technologies que nous avons développées en laboratoire et que nous essayons d'intégrer en clinique, " dit Ana Jaklenec, chercheur au Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT.

Jaklenec et Robert Langer, le professeur David H. Koch Institute au MIT, sont les auteurs principaux de l'étude, qui apparaît aujourd'hui dans Avancées scientifiques . L'auteur principal de l'article est Morteza Sarmadi, étudiante diplômée du MIT.

Modèle de microparticules

Les microparticules varient en taille de 1 à 1, 000 microns (millionièmes de mètre). De nombreux chercheurs travaillent sur l'utilisation de microparticules constituées de polymères et d'autres matériaux pour délivrer des médicaments, et environ une douzaine de ces formulations de médicaments ont été approuvées par la FDA. Cependant, d'autres ont échoué à cause de la difficulté de les injecter.

"Le problème majeur est le colmatage, quelque part dans le système, qui ne permet pas de délivrer la dose complète, " dit Jaklenec. " Beaucoup de ces médicaments ne dépassent pas le stade du développement en raison des défis liés à l'injectabilité. "

Ces médicaments sont généralement injectés par voie intraveineuse ou sous la peau. S'assurer que ces médicaments parviennent à destination est une étape clé dans le processus de développement de médicaments, mais c'est celui qui se fait souvent en dernier, et peut contrecarrer un traitement par ailleurs prometteur, dit Sarmadi.

« L'injectabilité est un facteur majeur du succès d'un médicament, mais peu d'attention a été accordée à essayer d'améliorer les techniques d'administration, " dit-il. " Nous espérons que notre travail pourra améliorer la traduction clinique de formulations médicamenteuses nouvelles et avancées à libération contrôlée. "

Langer et Jaklenec ont travaillé sur le développement de microparticules creuses qui peuvent être remplies de plusieurs doses d'un médicament ou d'un vaccin. Ces particules peuvent être conçues pour libérer leurs charges utiles à des moments différents, ce qui pourrait éliminer le besoin d'injections multiples.

Pour améliorer l'injectabilité de ces microparticules et d'autres, les chercheurs ont analysé expérimentalement les effets de la modification de la taille et de la forme des microparticules, la viscosité de la solution dans laquelle ils sont en suspension, et la taille et la forme de la seringue et de l'aiguille utilisées pour les administrer. Ils ont testé des cubes, sphères, et des particules cylindriques de différentes tailles, et mesuré l'injectabilité de chacun.

Les chercheurs ont ensuite utilisé ces données pour former un type de modèle informatique connu sous le nom de réseau de neurones pour prédire comment chacun de ces paramètres affecte l'injectabilité. Les facteurs les plus importants se sont avérés être la taille des particules, concentration en particules dans la solution, viscosité de la solution, et la taille des aiguilles. Les chercheurs travaillant sur des microparticules libérant des médicaments peuvent simplement entrer ces paramètres dans le modèle et obtenir une prédiction de la façon dont leurs particules seront injectables, économisant le temps qu'ils auraient dû passer à construire différentes versions des particules et à les tester expérimentalement.

« Au lieu de passer par les expériences, et aller et venir, n'ayant aucune idée du succès du système, vous pouvez utiliser ce réseau de neurones et il peut vous guider, tôt, comprendre le système, " dit Sarmadi.

Augmentation de l'injectabilité

Les chercheurs ont également utilisé leur modèle pour explorer comment la modification de la forme de la seringue pourrait affecter l'injectabilité. Ils ont trouvé une forme optimale qui ressemble à une buse, avec un large diamètre qui se rétrécit vers la pointe. En utilisant cette conception de seringue, les chercheurs ont testé l'injectabilité des microparticules qu'ils ont décrites dans un 2017 Science étudier, et ont constaté qu'ils ont augmenté le pourcentage de particules livrées de 15 pour cent à près de 90 pour cent.

"C'est une autre façon de maximiser les forces qui agissent sur les particules et poussent les particules vers l'aiguille, " dit Sarmadi. " C'est un résultat prometteur qui montre qu'il y a une énorme marge d'amélioration dans l'injectabilité des systèmes de microparticules. "

Les chercheurs travaillent désormais à la conception de systèmes optimisés pour l'administration de médicaments d'immunothérapie anticancéreuse, qui peut aider à stimuler une réponse immunitaire qui détruit les cellules tumorales. Ils pensent que ces types de microparticules pourraient également être utilisés pour administrer une variété de vaccins ou de médicaments, y compris les médicaments à petites molécules et les produits biologiques, qui comprennent de grosses molécules telles que des protéines.