(PhysOrg.com) -- Pendant des décennies, les chercheurs ont travaillé pour développer des nanoparticules qui délivrent des médicaments anticancéreux directement aux tumeurs, minimiser les effets secondaires toxiques de la chimiothérapie. Cependant, même avec le meilleur de ces nanoparticules, seulement environ 1 pour cent du médicament atteint généralement sa cible.

Maintenant, une équipe de chercheurs du MIT, l'Institut de recherche médicale de Sanford-Burnham, et l'Université de Californie à San Diego ont conçu un nouveau type de système d'administration dans lequel une première vague de nanoparticules se dirige vers la tumeur, appelle ensuite une deuxième vague beaucoup plus importante qui dispense le médicament contre le cancer. Cette communication entre les nanoparticules, activé par la biochimie du corps, a stimulé l'administration de médicaments aux tumeurs de plus de 40 fois dans une étude sur la souris.

Cette nouvelle stratégie pourrait améliorer l'efficacité de nombreux médicaments contre le cancer et d'autres maladies, dit Geoffrey von Maltzahn, un ancien doctorant du MIT maintenant à Flagship VentureLabs, basé à Cambridge, et auteur principal d'un article décrivant le système dans l'édition en ligne du 19 juin de Nature Materials.

"Ce que nous avons démontré, c'est que les nanoparticules peuvent être conçues pour faire des choses comme communiquer entre elles dans le corps, et que ces capacités peuvent améliorer l'efficacité avec laquelle ils trouvent et traitent des maladies comme le cancer, " dit von Maltzahn.

L'auteur principal de l'article est Sangeeta Bhatia, le professeur John et Dorothy Wilson des sciences et technologies de la santé et membre de l'Institut David H. Koch du MIT pour la recherche intégrative sur le cancer.

Von Maltzahn et Bhatia se sont inspirés de systèmes biologiques complexes dans lesquels de nombreux composants travaillent ensemble pour atteindre un objectif commun. Par exemple, le système immunitaire fonctionne grâce à une coopération hautement orchestrée entre de nombreux types de cellules.

"Il y a de beaux exemples dans toute la biologie où à l'échelle du système, des comportements complexes émergent à la suite d'interactions, la coopération, et la communication entre des composants individuels simples, " dit von Maltzahn.

L'approche de l'équipe du MIT est basée sur la cascade de la coagulation sanguine - une série de réactions qui commence lorsque le corps détecte une lésion d'un vaisseau sanguin. Les protéines du sang appelées facteurs de coagulation interagissent dans une chaîne complexe d'étapes pour former des brins de fibrine, qui aident à sceller le site de la blessure et à prévenir la perte de sang.

Pour exploiter la puissance de communication de cette cascade, les chercheurs avaient besoin de deux types de nanoparticules :la signalisation et la réception.

Particules de signalisation, qui composent la première vague, sortir de la circulation sanguine et arriver au site tumoral via de minuscules trous dans les vaisseaux sanguins qui fuient qui entourent généralement les tumeurs (c'est de la même manière que la plupart des nanoparticules ciblées atteignent leur destination). Une fois au niveau de la tumeur, cette première vague de particules incite le corps à croire qu'une blessure s'est produite au niveau d'un site tumoral, soit en émettant de la chaleur, soit en se liant à une protéine qui déclenche la cascade de la coagulation.

Les particules réceptrices sont recouvertes de protéines qui se lient à la fibrine, qui les attire vers le site de la coagulation du sang. Ces particules de deuxième onde transportent également une charge utile de médicament, qu'ils libèrent une fois qu'ils atteignent la tumeur.

Dans une étude sur des souris, un système de systèmes de nanoparticules communicantes a délivré 40 fois plus de doxorubicine (un médicament utilisé pour traiter de nombreux types de cancer) que les nanoparticules non communicantes. Les chercheurs ont également constaté un effet thérapeutique amplifié en conséquence sur les tumeurs des souris traitées avec des nanoparticules communicantes.

Pour ouvrir la voie à des essais cliniques potentiels et à une approbation réglementaire, les chercheurs du MIT explorent maintenant les moyens de remplacer les composants de ces nanosystèmes coopératifs par des médicaments déjà testés chez les patients. Par exemple, les médicaments qui induisent la coagulation au niveau des sites tumoraux pourraient remplacer les particules de signalisation testées dans cette étude.

Jeffrey Brinker, professeur de génie chimique à l'Université du Nouveau-Mexique, affirme que la nouvelle stratégie est un moyen intelligent d'améliorer l'administration de médicaments aux sites tumoraux. « Au lieu de cibler la tumeur elle-même, c'est cibler un microenvironnement qu'ils ont créé, " dit-il. « En développant ces nanosystèmes selon une approche en deux étapes, qui pourrait être utilisé en combinaison avec beaucoup d'autres stratégies.