Pour la première fois, les chercheurs ont trouvé un moyen d'injecter une dose précise d'un agent de thérapie génique directement dans une seule cellule vivante sans aiguille.

La technique utilise l'électricité pour "tirer" des morceaux de biomolécules thérapeutiques à travers un petit canal et dans une cellule en une fraction de seconde.

L. James Lee et ses collègues de l'Ohio State University décrivent la technique dans l'édition en ligne de la revue Nature Nanotechnologie , où ils rapportent avoir réussi à insérer des doses spécifiques d'un gène anticancéreux dans des cellules leucémiques individuelles pour les tuer.

Ils ont surnommé la méthode « électroporation à nanocanaux, " ou NEP.

"La NEP nous permet d'étudier comment les médicaments et autres biomolécules affectent la biologie cellulaire et les voies génétiques à un niveau impossible à atteindre par les techniques existantes, " dit Lee, qui est le professeur Helen C. Kurtz de génie chimique et biomoléculaire et directeur du NSF Nanoscale Science and Engineering Center for Affordable Nanoengineering of Polymeric Biomedical Devices à Ohio State.

Il existe depuis longtemps des moyens d'insérer des quantités aléatoires de biomatériau dans des quantités massives de cellules pour la thérapie génique. Et les aiguilles fines peuvent injecter des quantités spécifiques de matière dans de grandes cellules. Mais la plupart des cellules humaines sont trop petites pour que même les plus petites aiguilles soient utiles.

La NEP contourne le problème en suspendant une cellule à l'intérieur d'un appareil électronique avec un réservoir d'agent thérapeutique à proximité. Des impulsions électriques poussent l'agent hors du réservoir et à travers un canal à l'échelle nanométrique (milliardième de mètre) dans l'appareil, à travers la paroi cellulaire, et dans la cellule. Les chercheurs contrôlent la dose en ajustant le nombre d'impulsions et la largeur du canal.

Dans Nature Nanotechnologie , ils expliquent comment ils ont construit des appareils prototypes à l'aide de tampons en polymère. Ils ont utilisé des brins individuels d'ADN comme matrices pour les canaux de taille nanométrique.

Lee a inventé la technique pour dérouler des brins d'ADN et les former en motifs précis afin qu'ils puissent fonctionner comme des fils dans des appareils électroniques et médicaux à base biologique. Mais pour cette étude, des brins d'ADN recouverts d'or ont été étirés entre deux réservoirs puis gravés, afin de laisser un nano-canal de dimensions précises reliant les réservoirs au sein du dispositif polymérique.

Les électrodes dans les canaux transforment l'appareil en un petit circuit, et des impulsions électriques de quelques centaines de volts voyagent du réservoir avec l'agent thérapeutique à travers le nanocanal et dans un second réservoir avec la cellule. Cela crée un fort champ électrique à la sortie du nano-canal, qui interagit avec la charge électrique naturelle de la cellule pour forcer l'ouverture d'un trou dans la membrane cellulaire - un assez grand pour délivrer l'agent, mais assez petit pour ne pas tuer la cellule.

Dans les essais, ils ont pu insérer des agents dans les cellules en quelques millisecondes seulement, ou millièmes de seconde.

D'abord, ils ont marqué des morceaux d'ADN synthétique avec des molécules fluorescentes, et utilisé NEP pour les insérer dans les cellules immunitaires humaines. Après une seule impulsion de 5 millisecondes, ils ont commencé à voir des taches de fluorescence dispersées dans les cellules. Ils ont testé différentes longueurs d'impulsion jusqu'à 60 millisecondes, ce qui a rempli les cellules de fluorescence.

Pour tester si la NEP peut délivrer des agents thérapeutiques actifs, ils ont inséré des morceaux d'ARN thérapeutique dans des cellules leucémiques. Des impulsions aussi courtes que 5 millisecondes ont fourni suffisamment d'ARN pour tuer certaines cellules. Des impulsions plus longues - approchant les 10 millisecondes - les ont presque tous tués. Ils ont également inséré de l'ARN inoffensif dans d'autres cellules leucémiques à des fins de comparaison, et ces cellules vivaient.

À l'heure actuelle, le procédé est le mieux adapté à la recherche en laboratoire, Lee a dit, car il ne fonctionne que sur une ou plusieurs cellules à la fois. Mais lui et son équipe travaillent sur des moyens d'injecter plusieurs cellules simultanément. Ils développent actuellement un système de chargement de cellules mécanique qui injecterait jusqu'à 100, 000 cellules à la fois, qui permettrait potentiellement des diagnostics cliniques et des traitements.

« Nous espérons que la NEP pourrait éventuellement devenir un outil de détection et de traitement précoces du cancer - par exemple, insérer des quantités précises de gènes ou de protéines dans des cellules souches ou des cellules immunitaires pour guider leur différenciation et leurs changements - sans les problèmes de sécurité causés par un surdosage, puis replacer les cellules dans le corps pour une thérapie cellulaire, " Lee a ajouté.

Il voit des applications potentielles pour le diagnostic et le traitement de la leucémie, cancer du poumon, et d'autres tumeurs. Il travaille avec des chercheurs du Comprehensive Cancer Center de l'Ohio State pour explorer ces possibilités.