la livraison de protéines saines directement dans les cellules humaines pour remplacer les protéines défectueuses - est considérée comme l'une des approches les plus directes et les plus sûres pour traiter les maladies. Mais son efficacité a été limitée par une faible efficacité de livraison et la mauvaise stabilité des protéines, qui sont fréquemment décomposés et digérés par les enzymes protéases des cellules avant d'atteindre leur cible.

Dans ce qui pourrait signaler une avancée majeure dans la thérapeutique des protéines, des chercheurs de la faculté d'ingénierie et de sciences appliquées de l'UCLA Henry Samueli ont développé une nouvelle plate-forme d'administration intracellulaire qui utilise des nanocapsules constituées d'un noyau monoprotéique avec une fine coque en polymère qui peut être conçue pour se dégrader ou rester stable en fonction de l'environnement cellulaire .

Leur recherche paraît le 29 décembre dans l'édition de janvier 2010 de la revue Nature Nanotechnologie et est actuellement disponible en ligne.

"Pour les protéines en général, il est très difficile de traverser la membrane cellulaire. La protéase le digère généralement, faire de la stabilité un problème, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Yunfeng Lu, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'UCLA. "Ici, nous avons pu utiliser cette nouvelle technologie pour stabiliser la protéine, rendant très facile le franchissement de la membrane cellulaire, permettant à la protéine de fonctionner correctement une fois à l'intérieur de la cellule. C'est l'une de nos plus grandes réalisations."

Les nanocapsules sont des récipients submicroscopiques composés d'un noyau huileux ou aqueux - dans ce cas une seule protéine - entouré d'une fine couche, membrane polymère perméable d'environ plusieurs à plusieurs dizaines de nanomètres d'épaisseur. Les membranes des nanocapsules utilisées dans la nouvelle méthode de livraison UCLA peuvent se dégrader ou rester intactes en fonction de la taille des substrats moléculaires avec lesquels leur protéine incorporée doit interagir.

Les nanocapsules non dégradables sont plus stables, et les petits substrats moléculaires peuvent facilement se diffuser vers la protéine intégrée à l'intérieur. La peau non dégradable de la capsule protège quant à elle la cargaison des attaques de protéase et stabilise la protéine d'autres facteurs, comme des températures variables et des niveaux de pH.

Cependant, une peau non dégradable peut également empêcher les substrats de poids moléculaire plus élevé d'atteindre la protéine incorporée. Pour que la protéine puisse interagir avec un grand substrat, une peau dégradable peut également être utilisée.

Lorsque la nanocapsule de protéine est absorbée par la cellule, il restera initialement dans l'endosome. Les endosomes ont généralement des niveaux de pH inférieurs à ceux de l'environnement cellulaire extérieur; le pH plus bas déclenche la dégradation de la couche polymère de la peau, libérant la cargaison de protéine intracellulairement.

L'équipe de recherche, dirigé par le co-auteur de l'étude Yi Tang, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'UCLA, a également démontré que de telles couches cutanées peuvent également être dégradées en incorporant des composants sensibles aux protéases. Cette approche permettra également une livraison plus ciblée des protéines.

La nouvelle étude a montré que plusieurs protéines peuvent désormais être délivrées aux cellules avec une efficacité et une activité élevées mais une faible toxicité, permettant des applications potentielles dans les thérapies protéiniques, vaccins, imagerie cellulaire, suivi des tumeurs, thérapies contre le cancer et même cosmétiques.

« Couvrir la charge utile de protéines avec une coque polymère offre une stabilité accrue en circulation, où il y a beaucoup de protéases pour dégrader la protéine nue, " dit Lily Wu, professeur de pharmacologie médicale et moléculaire à la David Geffen School of Medicine de l'UCLA et auteur de l'étude. « Cela sera clairement avantageux pour améliorer l'efficacité de la livraison.

"Plus loin, la capacité de livrer une cargaison intracellulaire et de contrôler la libération de la cargaison de protéines par le pH ou d'autres paramètres environnementaux est très importante, " dit-elle. " Améliorer la sécurité, l'efficacité et la livraison ciblée de la charge utile de protéines sont le Saint Graal de la médecine moderne. Cette nouvelle technologie est prometteuse dans tous ces aspects et c'est pourquoi elle est si excitante pour moi."

"À l'heure actuelle, de nombreuses protéines thérapeutiques disponibles n'agissent qu'à l'extérieur de la cellule, car il a été difficile de délivrer les protéines à l'intérieur de la cellule, " dit Tatiana Segura, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'UCLA et co-auteur de l'étude.

L'équipe espère que la nouvelle technologie servira de plate-forme de livraison pour tout type de protéine ou de médicament protéique. Bien que l'étude, lors de la soumission initiale, décrit l'utilisation de la technologie avec cinq protéines différentes, dans le court laps de temps depuis, l'équipe s'est étendue à plus de deux douzaines de protéines différentes.

"Je pense que la prochaine étape importante est d'appliquer cette technologie dans un cadre pertinent, modèle de maladie préclinique, " Wu a déclaré. " Sur la base des résultats prometteurs de l'amélioration de l'efficacité de la livraison dans les cellules, Je prévois également une amélioration de l'efficacité dans les modèles animaux précliniques.

"À long terme, l'espoir est de développer une nouvelle technologie qui peut faire une différence dans la vie des patients, ", a-t-elle déclaré. "Je me sens extrêmement chanceuse de pouvoir collaborer avec ce groupe d'élite d'ingénieurs chimistes sur ce projet passionnant."