Ces images montrent des cellules cancéreuses mammaires de souris prises au microscope. Dans les deux images, le vert indique la membrane cellulaire, et le bleu indique le noyau. Les cellules de l'image du bas ont été traitées avec des nanoparticules chargées de Taxol, alors que les cellules de l'image du haut ne l'ont pas fait. La couleur rouge indique la présence de nanoparticules à l'intérieur des cellules. La barre d'échelle est de 50 micromètres. Crédit :Mu et al., Matériaux aujourd'hui, 2020
L'administration de médicaments est une énigme récurrente dans le traitement du cancer. Les scientifiques ont développé de nombreuses thérapies anticancéreuses. Mais ces médicaments endommagent souvent les tissus sains, et les médicaments peuvent même se décomposer dans la circulation sanguine avant d'atteindre le site de la tumeur. Les médicaments anticancéreux peuvent durer plus longtemps s'ils sont dissous dans certaines solutions chimiques, mais beaucoup viennent avec des effets secondaires potentiellement toxiques.
Les nanoparticules sont un type prometteur de système d'administration de médicaments. Aussi connu sous le nom de nanotransporteurs, ces minuscules particules peuvent se lier aux médicaments et les protéger de la dégradation jusqu'à ce qu'elles pénètrent dans les cellules tumorales. Mais leur efficacité en tant que transporteurs de médicaments et protecteurs de médicaments, ainsi que la toxicité potentielle chez les patients, dépend beaucoup de leur taille, composition et propriétés chimiques. Équilibrer ces facteurs concurrents est un processus délicat. Bien que les chercheurs aient fait des progrès significatifs en nanomédecine au cours de la dernière décennie, il restait un formidable défi de concevoir et de synthétiser des petits, des nanoparticules stables qui pourraient fournir suffisamment de médicaments pour traiter les tumeurs solides.
Plus tôt cette année, des scientifiques de l'Université de Washington ont annoncé qu'ils avaient atteint un tel équilibre avec un système d'administration de médicaments à base de nanoparticules qui peut transporter un puissant médicament anticancéreux dans la circulation sanguine en toute sécurité. Comme ils le rapportent dans un article publié en mai dans Matériaux aujourd'hui , leur nanoparticule est dérivée de la chitine, un polymère naturel et organique qui, entre autres, constitue les carapaces extérieures des crevettes.
L'équipe, dirigé par Miqin Zhang, un professeur UW de science et ingénierie des matériaux et de chirurgie neurologique, ont démontré que leur système dérivé de la chitine peut transporter avec succès le Taxol, un puissant médicament anticancéreux également connu sous le nom de paclitaxel, par la circulation sanguine et inhibe la croissance et la propagation des tumeurs, également connu sous le nom de métastase, Chez la souris. Les nanoparticules n'ont montré aucun effet secondaire indésirable, probable puisqu'ils sont dérivés en partie d'un polymère naturel.
"Cela pourrait constituer la base d'une nouvelle classe de systèmes d'administration de nanoparticules capables de transporter des agents thérapeutiques anticancéreux à travers le corps en toute sécurité, sans effets secondaires toxiques du matériau nanoparticulaire, " dit Zhang, qui est également chercheur à l'UW Institute for Nano-Engineered Systems et au Molecular Engineering and Sciences Institute.
Ces images montrent des échantillons de tissus prélevés sur des tumeurs mammaires de souris. L'image de gauche provient d'une tumeur qui n'a reçu aucun médicament anticancéreux. L'image de droite provient d'une tumeur traitée avec des nanoparticules chargées de Taxol. Les cellules de droite ont une forme anormale et sont séparées par des régions blanches « bullées », qui sont observés dans les tumeurs de souris traitées avec le Taxol. La barre d'échelle est de 75 micromètres. Crédit :Mu et al., Matériaux aujourd'hui , 2020
Les nanoparticules, une fois chargé en Taxol, mesurent environ 20,6 nanomètres de diamètre. C'est environ 1/4000e de la largeur d'un cheveu humain, selon la National Nanotechnology Initiative des États-Unis. Les particules sont suffisamment petites pour traverser les vaisseaux sanguins et atteindre des sites tumoraux potentiellement compacts.
L'équipe de Zhang a commencé par charger des particules de Taxol sur des brins beaucoup plus longs de chitosane, un matériau dérivé de la chitine. Les nanofibres se décomposent pour former des nanoparticules lorsqu'elles sont exposées au sérum, une protéine du sang, soit en laboratoire, soit dans le corps. Les chercheurs ont montré que les nanofibres chargées de médicaments, lorsqu'il est injecté à des souris, se décomposent rapidement en de minuscules nanoparticules - grâce aux protéines sériques dans le sang - et pourraient circuler librement dans la circulation sanguine, pénétrer dans les organes et atteindre les sites tumoraux.
L'équipe a soumis des nanoparticules chargées de Taxol à un barrage d'expériences pour voir ce qu'elles pourraient faire aux tumeurs. Dans des cultures cellulaires de cellules cancéreuses mammaires de souris, une majorité de cellules cancéreuses ont montré des signes de mort cellulaire 48 heures après le traitement, indiquant que le Taxol associé aux nanoparticules pourrait pénétrer dans les cellules cancéreuses et nuire à la croissance cellulaire au moins aussi bien que le Taxol flottant librement. Chez la souris, Nanofibres chargées en taxol, qui se décompose en nanoparticules, ont montré 90 % d'inhibition de la croissance des tumeurs mammaires par rapport à environ 66 % d'inhibition pour le Taxol injecté dans la solution clinique largement utilisée aujourd'hui. Les nanoparticules ont également inhibé jusqu'à 75 % la croissance des tumeurs du mélanome chez la souris. Dans des expériences séparées sur des souris, Les nanoparticules chargées de taxol ont également empêché la propagation du cancer du sein à d'autres parties du corps, contrairement au Taxol dans une solution clinique.
En plus de ces résultats prometteurs avec les tumeurs, l'équipe a découvert que les nanoparticules maintenaient le Taxol circulant dans le sang plus longtemps, donner au médicament plus de temps pour atteindre le site de la tumeur. Dans le sang des souris, la demi-vie des nanoparticules associées au Taxol était de près de 25 heures, contre moins de 2 heures pour le Taxol injecté dans la solution clinique. Les souris injectées avec les nanofibres n'ont montré aucun signe d'effets secondaires toxiques, indiquant que les nanoparticules elles-mêmes ne causaient pas de dommages aux tissus. En revanche, la solution clinique largement utilisée aujourd'hui pour le Taxol peut provoquer une toxicité hépatique chez la souris, entre autres effets secondaires.
Zhang pense que les nanoparticules dérivées du chitosane pourraient constituer la base d'un système d'administration de médicaments non toxiques pour le cancer qui maintient les produits thérapeutiques dans le corps plus longtemps pour inhiber la croissance tumorale et les métastases.
"C'est une découverte très prometteuse. De nombreux systèmes d'administration de médicaments utilisés aujourd'hui pour les médicaments anticancéreux ont des effets secondaires toxiques, et ne protège pas le médicament très longtemps dans le corps du patient, " a déclaré Zhang. " Les nanoparticules ont toutes les caractéristiques que vous pouvez espérer pour amener le médicament dans les cellules tumorales. Le petit nanosupport à base de chitosane, fait sur place, avec une biocompatibilité et une biodégradabilité uniques, offre une nouvelle stratégie pour l'administration de médicaments anticancéreux et a un grand potentiel pour une traduction rapide en clinique."
