À l'aide d'un roman, système d'imagerie en temps réel, les scientifiques ont suivi un groupe de nanoparticules fluorescentes dans le proche infrarouge des espaces aériens des poumons, dans le corps et à nouveau, fournir une description des caractéristiques et du comportement de ces minuscules particules qui pourraient être utilisées dans le développement d'agents thérapeutiques pour traiter les maladies pulmonaires, ainsi que d'offrir une meilleure compréhension des effets sur la santé de la pollution de l'air.

Dirigé par des enquêteurs du Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) et de la Harvard School of Public Health, les résultats sont décrits dans le numéro du 7 novembre Advance Online de la revue Biotechnologie naturelle .

À une échelle de un à 100 nanomètres (nm) – un milliardième de mètre – les nanoparticules sont trop petites pour être visibles au microscope traditionnel. Mais cette échelle extrêmement petite en fait des candidats potentiels pour l'administration ciblée de médicaments, capable de localiser avec précision les sources de maladies avec une efficacité accrue et des effets secondaires minimes sur les tissus environnants.

« Les nanoparticules sont prometteuses en tant qu'agents thérapeutiques pour un certain nombre de maladies, " explique le co-auteur principal John V. Frangioni, MARYLAND, Doctorat, de la Division d'hématologie/oncologie du BIDMC et professeur agrégé de médecine et de radiologie à la Harvard Medical School (HMS), dont le laboratoire est spécialisé dans le développement de systèmes d'imagerie et de développement d'agents de contraste pour l'imagerie moléculaire. L'anatomie du poumon, avec sa grande surface et ses barrières minimales limitant l'accès au corps, fait de cet organe une cible particulièrement intéressante pour l'administration de médicaments à base de nanoparticules.

"Nous nous sommes intéressés au devenir des petites particules après leur dépôt profondément dans la région d'échange gazeux du poumon, " ajoute le co-auteur principal Akira Tsuda, Doctorat, chercheur dans le programme de sciences physiologiques moléculaires et intégratives du département de santé environnementale de la Harvard School of Public Health. « Déterminer les caractéristiques physico-chimiques des nanoparticules inhalées sur leur capacité à traverser la surface épithéliale alvéolaire [des poumons] est une étape importante dans la compréhension des effets biologiques associés à l'exposition à ces particules. »

Oeuvre précédente de Frangioni et du premier auteur Hak Soo Choi, Doctorat, un instructeur de médecine à HMS, avait établi les caractéristiques des nanoparticules qui régulent la clairance du corps. "Pour avoir une valeur clinique, les nanoparticules doivent être capables soit de se biodégrader en composés biologiquement inertes, ou être efficacement éliminé du corps, " dit Choi, expliquant que l'accumulation de nanoparticules peut être toxique.

Le but de cette nouvelle étude était de déterminer les caractéristiques et les paramètres des nanoparticules inhalées qui interviennent dans leur absorption dans le corps - à partir de l'environnement extérieur, à travers la surface alvéolaire du poumon et dans le système lymphatique et la circulation sanguine et éventuellement vers d'autres organes. Pour faire ça, les scientifiques ont utilisé le système d'imagerie FLARE™ (Fluorescence-Assisted Resection and Exploration), varier systématiquement la composition chimique, Taille, la forme et la charge de surface d'un groupe de nanoparticules fluorescentes dans le proche infrarouge pour comparer les propriétés physicochimiques des différentes particules modifiées. Les chercheurs ont ensuite suivi le mouvement des différentes nanoparticules dans les poumons de modèles de rats sur une période d'une heure, et également des résultats vérifiés à l'aide de traceurs radioactifs conventionnels.

"Le système FLARE nous a permis de diviser par deux le nombre d'expériences tout en réalisant des comparaisons directes de nanoparticules de différentes tailles, formes et rigidités, " explique Frangioni, dont le laboratoire a développé le système FLARE pour une utilisation dans la chirurgie du cancer guidée par l'image ainsi que d'autres applications.

Leurs résultats ont établi que les nanoparticules chargées non positivement, diamètre inférieur à 34 nm, est apparu dans les ganglions lymphatiques drainant les poumons dans les 30 minutes. Ils ont également découvert que des nanoparticules de moins de 6 nm de diamètre présentant des caractéristiques « zwitterioniques » (charges positives et négatives égales) se rendaient aux ganglions lymphatiques drainants en quelques minutes seulement, étant ensuite éliminé par les reins dans l'urine.

"Ces nouvelles découvertes peuvent être appliquées pour concevoir et optimiser des particules pour l'administration de médicaments par inhalation, " note Tsuda. " Cette recherche nous guide également dans l'évaluation des effets sur la santé de divers polluants particulaires, car les données suggèrent l'importance de distinguer des sous-classes spécifiques de particules [basées sur la chimie de surface et la taille] qui peuvent traverser rapidement l'épithélium alvéolaire et peuvent se disséminer dans le corps.

Ajoute Frangioni, "Cette étude complète nos travaux antérieurs dans lesquels nous avons défini les caractéristiques des nanoparticules qui régulent efficacement l'élimination du corps. Avec ces nouvelles découvertes, qui définissent les caractéristiques qui régulent l'absorption dans l'organisme, nous avons maintenant décrit un « cycle » complet de trafic de nanoparticules --de l'environnement, par les poumons, dans le corps, puis hors des reins dans l'urine et retour dans l'environnement."