Des chercheurs de l'Université Johns Hopkins ont créé des nanoparticules biodégradables qui peuvent facilement glisser à travers les sécrétions de mucus collant et visqueux du corps pour délivrer une cargaison de médicaments à libération prolongée.
Les chercheurs disent que ces nanoparticules, qui se dégradent avec le temps en composants inoffensifs, pourrait un jour apporter des médicaments vitaux à des patients souffrant de dizaines de problèmes de santé, y compris les maladies des yeux, poumon, intestin ou appareil reproducteur féminin.
Les nanoparticules biodégradables pénétrant le mucus ont été développées par une équipe interdisciplinaire dirigée par Justin Hanes, professeur de génie chimique et biomoléculaire à la Whiting School of Engineering de Johns Hopkins. Le travail de l'équipe a été rapporté récemment dans le Actes de l'Académie nationale des sciences . Les collaborateurs de Hanes comprenaient Pamela Zeitlin, experte en fibrose kystique, professeur de pédiatrie à la Johns Hopkins School of Medicine et directeur de la médecine pulmonaire pédiatrique au Johns Hopkins Children's Center.
Ces nanoparticules, Zeitlin a dit, pourrait être un moyen idéal d'administrer des médicaments aux personnes atteintes de mucoviscidose, une maladie qui tue les enfants et les adultes en modifiant les barrières muqueuses dans les poumons et les intestins.
"Le mucus de la mucoviscidose est notoirement épais et collant et représente une énorme barrière à l'administration de médicaments en aérosol, " dit-elle. " Dans notre bureau, les nanoparticules ont été conçues pour voyager à travers le mucus de la mucoviscidose à une vitesse beaucoup plus grande que jamais auparavant, améliorant ainsi l'administration du médicament. Ce travail est d'une importance cruciale pour aller de l'avant avec la prochaine génération de thérapies à base de petites molécules et de gènes. »
Au-delà de leurs applications potentielles pour les patients atteints de mucoviscidose, les nanoparticules pourraient également être utilisées pour aider à traiter des troubles tels que le cancer du poumon et du col de l'utérus, et inflammation des sinus, les yeux, poumons et tractus gastro-intestinal, dit Benjamin C. Tang, auteur principal du récent article de journal et boursier postdoctoral au Département de génie chimique et biomoléculaire.
« La chimiothérapie est généralement administrée à tout le corps et a de nombreux effets secondaires indésirables, " dit-il. " Si les médicaments sont encapsulés dans ces nanoparticules et inhalés directement dans les poumons des patients atteints de cancer du poumon, les médicaments peuvent atteindre les tumeurs pulmonaires plus efficacement, et de meilleurs résultats peuvent être obtenus, en particulier pour les patients diagnostiqués avec un cancer du poumon non à petites cellules à un stade précoce."
Dans les poumons, les yeux, tractus gastro-intestinal et d'autres domaines, le corps humain produit des couches de mucus pour protéger les tissus sensibles. Mais un effet secondaire indésirable est que ces barrières de mucus peuvent également éloigner les médicaments utiles.
Dans les expériences de preuve de concept, des équipes de recherche antérieures dirigées par Hanes ont précédemment démontré que les particules de latex recouvertes de polyéthylène glycol pouvaient glisser au-delà des revêtements de mucus. Mais les particules de latex ne sont pas un matériau pratique pour administrer des médicaments aux patients humains car elles ne sont pas décomposées par le corps. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont décrit comment ils ont franchi une étape importante dans la fabrication de nouvelles particules qui se biodégradent en composants inoffensifs tout en libérant leur charge utile de médicaments au fil du temps.
"L'avancée majeure ici est que nous avons pu fabriquer des nanoparticules biodégradables qui peuvent pénétrer rapidement des sécrétions de mucus épaisses et collantes, et que ces particules peuvent transporter une large gamme de molécules thérapeutiques, des petites molécules telles que la chimiothérapie et les stéroïdes aux macromolécules telles que les protéines et les acides nucléiques, " Hanes a dit. " Auparavant, nous ne pouvions pas faire passer efficacement ce genre de traitements à libération prolongée à travers les couches de mucus collant du corps."
Les nouvelles particules biodégradables comprennent deux parties constituées de molécules couramment utilisées dans les médicaments existants. Un noyau intérieur, composé en grande partie d'acide polysébacique (PSA), piège les agents thérapeutiques à l'intérieur. Un revêtement extérieur particulièrement dense de molécules de polyéthylène glycol (PEG), qui sont liés au PSA, permet à une particule de se déplacer dans le mucus presque aussi facilement que si elle se déplaçait dans l'eau et permet également au médicament de rester en contact avec les tissus affectés pendant une période de temps prolongée.
Dans les études précédentes de Hanes avec des particules pénétrant le mucus, les particules de latex pourraient être efficacement enrobées de PEG mais ne pourraient pas libérer de médicaments ou se biodégrader. Contrairement au latex, cependant, Le PSA peut se dégrader en molécules naturelles qui sont décomposées et évacuées par le corps par les reins, par exemple. Au fur et à mesure que les particules se décomposent, les médicaments chargés à l'intérieur sont libérés.
Cette propriété du PSA permet la libération prolongée de médicaments, dit Samuel Lai, professeur adjoint de recherche au Département de génie chimique et biomoléculaire, tout en les concevant pour la pénétration du mucus leur permet d'atteindre plus facilement les tissus inaccessibles.
Jie Fu, un enseignant-chercheur adjoint, également du Département de génie chimique et biomoléculaire, mentionné, « Au fur et à mesure qu'il se dégrade, le PSA se détache avec le médicament sur une durée contrôlée qui peut atteindre des jours à des semaines. »
Le polyéthylène glycol agit comme un bouclier pour protéger les particules contre l'interaction avec les protéines du mucus qui les ferait disparaître avant de libérer leur contenu. Dans un rapport de recherche connexe, le groupe a montré que les particules peuvent encapsuler efficacement plusieurs produits chimiothérapeutiques, et qu'une dose unique de particules chargées de médicament a pu limiter la croissance tumorale dans un modèle murin de cancer du poumon jusqu'à 20 jours.
