(PhysOrg.com) -- L'une des promesses de la nanomédecine est la conception de minuscules particules qui peuvent se loger dans les cellules malades et y pénétrer. Les nanoparticules peuvent transporter des médicaments dans les cellules et marquer les cellules pour l'IRM et d'autres tests de diagnostic; et ils peuvent même éventuellement pénétrer dans le noyau d'une cellule pour réparer les gènes endommagés. Malheureusement, leur conception implique autant de chance que l'ingénierie.

« Tout en nanomédecine en ce moment est aléatoire en ce qui concerne le devenir biologique des nanoparticules, ", a déclaré Jennifer West, chercheuse en bio-ingénierie de l'Université Rice. "Il n'y a pas de compréhension systématique de la façon de concevoir une particule pour atteindre un certain objectif en termes d'endroit où elle va dans une cellule ou si elle va même dans une cellule."

Le laboratoire de West et 11 autres au Texas Medical Center - dont trois au Rice's BioScience Research Collaborative - espèrent changer cela, grâce à une subvention Grand Opportunity (GO) de 3 millions de dollars des National Institutes of Health. Le NIH a créé le programme de subventions GO avec un financement de l'American Recovery and Reinvestment Act (ARRA).

Un problème auquel les scientifiques sont aujourd'hui confrontés est que les nanoparticules se présentent sous de nombreuses formes et tailles et peuvent être constituées de matériaux très différents. Certaines nanoparticules sont sphériques. D'autres sont longs et minces. Certains sont en plastique biodégradable et d'autres en or, le carbone ou les métaux semi-conducteurs. Et parfois, la taille - plutôt que la forme ou le matériau - est très importante.

West le démontre à l'aide d'une vidéo sur son ordinateur qui a été créée par l'investigateur de subventions Rice GO Junghae Suh. Le film a été créé en prenant une image avec un microscope toutes les quelques secondes. Dans la vidéo, des dizaines de particules se déplacent à l'intérieur d'une cellule. La moitié des particules sont marquées avec un colorant fluorescent rouge et se déplacent très lentement. Le reste est vert et zippé d'un endroit à l'autre.

"Ceux-ci sont faits du même matériau et ont la même chimie, " dit Ouest, Isabel C. Cameron de Rice, professeure et directrice du département de bio-ingénierie. "Ils sont juste de tailles différentes. Pourtant, vous pouvez voir les différences profondes dans la façon dont ils se déplacent dans la cellule. Alors que nous commençons à explorer davantage la gamme de tailles et à modifier la chimie des particules, nous pensons que nous sommes susceptibles de voir des impacts encore plus importants sur l'endroit où les choses vont à l'intérieur de la cellule. »

Le travail de déterminer si c'est le cas revient à Suh, professeur assistant en bio-ingénierie à Rice. Contrairement à d'autres études dans le domaine, qui reposent sur des instantanés de cellules mortes, La méthode de Suh permet aux chercheurs de suivre des particules uniques dans des cellules vivantes. Son laboratoire utilisera la méthode dans des comparaisons côte à côte de particules fournies par les 11 autres laboratoires de l'étude.

Dans tout, huit classes de nanoparticules seront étudiées. Il s'agit notamment de longues, tubes minces de carbone pur appelés fullerènes, de minuscules grains de semi-conducteurs appelés points quantiques, tiges et sphères en or pur, ainsi que des nanocoquilles - des nanoparticules inventées à Rice qui se composent d'un noyau de verre recouvert d'une fine coquille d'or. En outre, Le laboratoire de Suh examinera les particules organiques constituées de polyéthylène glycol et de chitosane.

"Nous utiliserons une méthode appelée suivi de particule unique pour capturer la dynamique du mouvement des nanoparticules dans les cellules vivantes, " dit Suh. " En utilisant la microscopie confocale, nous créons d'abord des films des particules lorsqu'elles transitent dans les cellules. Puis, nous utilisons un logiciel de traitement d'images pour extraire des informations sur la vitesse à laquelle ils se déplacent, par quelles régions ils sont attirés, etc. En comparant le mouvement et le devenir des différentes nanoparticules conçues par les multiples laboratoires de recherche, nous espérons identifier des corrélations entre les propriétés physico-chimiques d'une nanoparticule et leur comportement intracellulaire."

À la fin de l'étude de deux ans, l'équipe espère disposer d'une base de données qui trace la réponse attendue des particules d'une taille donnée, type et chimie. Finalement, l'espoir est de fournir aux chercheurs un outil qui aidera à prédire comment une particule particulière est susceptible de se comporter. Cette, à son tour, pourrait aider les chercheurs à accélérer le développement de nouveaux traitements contre la maladie.

"Nous voulons comprendre où vont les particules à l'intérieur de la cellule, à quels organites ils s'associent, s'ils s'associent ou non à l'une des structures du cytosquelette et comment ils se déplacent à l'intérieur de la cellule, " Suh ​​a dit. "Pour différentes applications, vous allez vouloir que vos particules aillent à différents endroits. Nous devons savoir où ils vont et comment ils se comportent afin de pouvoir concevoir la bonne particule pour un travail particulier."

"Nous sommes ravis d'avoir l'opportunité de vraiment unir nos forces pour étudier cela, " Suh ​​a dit. "C'est juste le genre de problème qui nécessite le genre de soutien que le NIH fournit avec le financement de l'ARRA. C'est un problème qui nécessite vraiment une pluridisciplinarité, approche interinstitutionnelle.

Les autres chercheurs principaux du projet sont Rebekah Drezek et Lon Wilson, à la fois de riz; Mauro Ferrari, Paul Decuzzi, David Gorenstein, Jim Klostergaard, Chun Li, Gabriel Lopez-Berestein et Anil Sood, l'ensemble du Centre des sciences de la santé de l'Université du Texas à Houston; et Wah Chiu du Baylor College of Medicine.

Le financement de la subvention GO est fourni par l'Institut national des sciences médicales générales des NIH. Le NIH a créé le programme de subventions GO pour soutenir des projets qui traitent de des efforts de recherche spécifiques susceptibles de générer une croissance et des investissements à court terme dans la recherche et le développement biomédicaux, la santé publique et la prestation des soins de santé.

Fourni par l'Université Rice