La couche externe de cette nanoparticule (en jaune) tombe dans un environnement acide. Image :Stephen Morton
Les ingénieurs chimistes du MIT ont conçu un nouveau type de nanoparticule d'administration de médicaments qui exploite un trait commun à presque toutes les tumeurs :elles sont plus acides que les tissus sains.
De telles particules pourraient cibler presque n'importe quel type de tumeur, et peut être conçu pour transporter pratiquement n'importe quel type de drogue, dit Paula Hammond, membre du David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research au MIT et auteur principal d'un article décrivant les particules dans le journal ACS Nano .
Comme la plupart des autres nanoparticules médicamenteuses, les nouvelles particules du MIT sont recouvertes d'une couche de polymère qui les protège de la dégradation par la circulation sanguine. Cependant, l'équipe du MIT, dont l'auteur principal et associé postdoctoral Zhiyong Poon, conçu cette couche externe pour tomber après être entré dans l'environnement légèrement plus acide près d'une tumeur. Cela révèle une autre couche capable de pénétrer dans les cellules tumorales individuelles.
Dans le ACS Nano papier, qui a été mis en ligne le 23 avril, les chercheurs ont rapporté que, Chez la souris, leurs particules peuvent survivre dans la circulation sanguine jusqu'à 24 heures, s'accumulent sur les sites tumoraux et pénètrent dans les cellules tumorales.
Une nouvelle cible
La nouvelle approche du MIT diffère de celle adoptée par la plupart des concepteurs de nanoparticules. Typiquement, les chercheurs tentent de cibler leurs particules sur une tumeur en les décorant de molécules qui se lient spécifiquement aux protéines présentes à la surface des cellules cancéreuses. Le problème avec cette stratégie est qu'il est difficile de trouver la bonne cible - une molécule trouvée sur toutes les cellules cancéreuses d'une tumeur particulière, mais pas sur les cellules saines. Aussi, une cible qui fonctionne pour un type de cancer peut ne pas fonctionner pour un autre.
Hammond et ses collègues ont décidé de profiter de l'acidité tumorale, qui est un sous-produit de son métabolisme accéléré. Les cellules tumorales se développent et se divisent beaucoup plus rapidement que les cellules normales, et que l'activité métabolique consomme beaucoup d'oxygène, ce qui augmente l'acidité. Au fur et à mesure que la tumeur grandit, le tissu devient de plus en plus acide.
Pour construire leurs particules ciblées, les chercheurs ont utilisé une technique appelée « assemblage couche par couche ». Cela signifie que chaque couche peut être adaptée pour remplir une fonction spécifique.
Lorsque la couche externe (faite de polyéthylène glycol, ou PEG) se décompose dans l'environnement acide de la tumeur, une couche intermédiaire chargée positivement est révélée. Cette charge positive aide à surmonter un autre obstacle à l'administration de médicaments à base de nanoparticules :une fois que les particules atteignent une tumeur, il est difficile de les faire entrer dans les cellules. Les particules avec une charge positive peuvent pénétrer la membrane cellulaire chargée négativement, mais de telles particules ne peuvent pas être injectées dans le corps sans une sorte de « cape », car elles détruiraient également les tissus sains.
Le revêtement polymère (bleu clair) se détache lorsque la particule s'approche d'une tumeur, exposer des charges positives. Ces charges aident la particule à être absorbée à travers la membrane cellulaire tumorale. Image :Stephen Morton
La couche la plus interne des nanoparticules peut être un polymère contenant un médicament anticancéreux, ou un point quantique qui pourrait être utilisé pour l'imagerie, ou pratiquement tout ce que le concepteur pourrait vouloir fournir, dit Hammond, qui est le professeur Bayer de génie chimique au MIT.
Couche par couche
D'autres chercheurs ont essayé de concevoir des nanoparticules qui profitent de l'acidité des tumeurs, mais les particules de Hammond sont les premières à avoir été testées avec succès sur des animaux vivants.
Jinming Gao, professeur d'oncologie et de pharmacologie au Southwestern Medical Center de l'Université du Texas, dit qu'il est "assez intelligent" d'utiliser un assemblage couche par couche pour créer des particules avec une couche protectrice qui peut se détacher lorsque les particules atteignent leurs cibles. "C'est une belle preuve de concept, " dit Gao, qui ne faisait pas partie de l'équipe de recherche. "Cela pourrait servir de stratégie générale pour cibler le microenvironnement tumoral acide pour une meilleure administration des médicaments."
Les chercheurs prévoient de développer davantage ces particules et de tester leur capacité à administrer des médicaments aux animaux. Hammond dit qu'elle s'attend à ce qu'il faille cinq à 10 ans de développement avant que les essais cliniques humains puissent commencer.
L'équipe de Hammond travaille également sur des nanoparticules pouvant transporter plusieurs charges utiles. Par exemple, la couche externe de PEG pourrait porter un médicament ou un gène qui « amorcerait » les cellules tumorales pour qu'elles soient sensibles à un autre médicament contenu dans le noyau de la particule.
