Les chercheurs réussissent à construire une cage supramoléculaire et à la charger d'une cargaison pharmaceutiquement active. En solution aqueuse, les ultrasons ouvrent la cage et libèrent le médicament. Crédit :HHU/Robin Küng
Comment un médicament hautement efficace peut-il être transporté à l'endroit précis du corps où il est nécessaire ? Dans la revue Angewandte Chemie , Des chimistes de l'Université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) et des collègues d'Aix-la-Chapelle présentent une solution utilisant une cage moléculaire qui s'ouvre par ultrasonification.
La chimie supramoléculaire implique l'organisation de molécules en plus grandes, structures d'ordre supérieur. Lorsque des blocs de construction appropriés sont choisis, ces systèmes s'auto-assemblent à partir de leurs composants individuels.
Certains composés supramoléculaires sont bien adaptés à la "chimie hôte-invité". une structure hôte enferme une molécule invitée et peut la protéger, le protéger et le transporter loin de son environnement. Il s'agit d'un domaine de spécialisation du Dr Bernd M. Schmidt et de son groupe de recherche à l'Institut de chimie organique et macromoléculaire de HHU.
Les chimistes de Düsseldorf ont collaboré avec des collègues de l'Institut DWI Leibniz pour les matériaux interactifs pour trouver un système qui pourrait même un jour être capable de transporter des molécules de cargaison à travers le corps humain et de libérer le médicament à l'endroit souhaité.
La solution peut être d'utiliser des "cages Pd6(TPT)4" discrètes. Ce sont des assemblages en forme de cage octaédrique, portant des chaînes de polymère sur chaque sommet. Ils sont composés de quatre panneaux triangulaires, atomes de palladium et unités de connexion.
Lorsque les composants individuels sont ajoutés à une solution aqueuse dans le bon rapport, les cages s'auto-assemblent. Si plus petit, des molécules hydrophobes sont ajoutées aux cages, ils pénètrent dans les cavités. Les chercheurs ont démontré cet effet en utilisant des molécules pharmaceutiquement actives, comme l'ibuprofène et la progestérone.
Représentation graphique de la cage octaédrique maintenue par des atomes de palladium à chaque sommet, qui à leur tour sont liés à de longues chaînes polymères organiques. La cage contient des molécules de cargaison (point orange). Dans les images à gauche et au centre, les ondes ultrasonores exercent une force de cisaillement sur les chaînes polymères, provoquant finalement la rupture de la cage et la libération de la cargaison. Crédit :HHU/Robin Küng
"L'astuce particulière de notre système implique les points de rupture prédéterminés, " explique le Dr Schmidt, dernier auteur de l'étude. "Les atomes de palladium contiennent tous les composés avec une liaison relativement faible. Une fois que vous avez réussi à séparer les atomes du composé, toute la structure octoédrique se désagrège."
Pour briser les liens, les chercheurs d'Aix-la-Chapelle utilisent une ultrasonification puissante similaire à celle utilisée médicalement pour décomposer les calculs rénaux, par exemple. Dans l'eau, les ultrasons créent des bulles de cavitation qui éclatent et exercent une force de cisaillement mécanique énorme sur les longues chaînes polymères. Les forces sont si puissantes que les atomes de palladium sont en fait arrachés des sommets et rompent ainsi la cage octaédrique. Les petites molécules de médicament sont agitées dans le processus mais ne sont pas endommagées.
Le Dr Robert Göstl (DWI) déclare :« Loca
L'irradiation ultrasonore du tissu à traiter pourrait signifier que le médicament transporté dans la cage est ensuite libéré à l'endroit exact où la thérapie est nécessaire. un grand nombre de molécules hydrophobes différentes peuvent être emballées dans la cage. Contrairement aux autres systèmes hôte-invité décrits, il n'est pas nécessaire de modifier chimiquement les molécules de médicament pour les faire entrer dans la cage. "Pour traiter les tumeurs, il serait possible d'utiliser des médicaments cytostatiques comme cargaison, par exemple. En les libérant directement sur le site d'une tumeur solide, il peut être possible d'avoir une chimiothérapie qui utilise beaucoup moins de médicament et a donc moins d'effets secondaires, " explique Schmidt.
Ceci est facilité par le fait que le volume de cargaison défini permet de mesurer avec précision la quantité de médicament libérée sur le site cible. "La dose administrée pourrait même être calculée avec précision."
L'étude est une preuve de concept qui a démontré la faisabilité de l'approche. Il a également convaincu les critiques et les éditeurs de la revue Angewandte Chemie , qui a jugé la publication très importante. L'oeuvre, qui est classé comme un « Hot Paper », " figurera également sur la couverture du prochain numéro.
"Les prochaines étapes consistent à déterminer comment les cellules réelles réagissent à nos cages. Avant toute utilisation médicale, nous devons nous assurer qu'ils ne sont pas toxiques."
