Une nouvelle forme physique de protéines développée par des chercheurs de l'Université du Texas à Austin pourrait considérablement améliorer les traitements contre le cancer et d'autres maladies, ainsi que de surmonter certains des plus grands défis de la thérapeutique :délivrer des médicaments aux patients en toute sécurité, facilement et plus efficacement.

La stratégie de formulation des protéines, développé par des professeurs et des étudiants du département de génie chimique de la Cockrell School of Engineering, est sans précédent et offre une approche nouvelle et universelle de l'administration de médicaments - une approche qui pourrait révolutionner le traitement du cancer, l'arthrite et les maladies infectieuses.

« Nous pensons que cette découverte d'une nouvelle forme hautement concentrée de protéines - des amas de molécules de protéines individuelles - est une innovation de rupture qui pourrait transformer notre façon de lutter contre les maladies, " a déclaré Keith P. Johnston, professeur de génie chimique et membre de la National Academy Engineering. « Cela a nécessité l'intégration de contributions stimulantes en sciences fondamentales et en ingénierie de la part de trois de nos groupes de recherche en génie chimique. »

La recherche, dirigé par Johnston, Professeur de génie chimique Thomas M. Truskett et professeure adjointe Jennifer Maynard, a été publié en ligne récemment avant une version imprimée qui paraîtra bientôt dans le ACS Nano journal.

"Le vrai défi dans le développement de thérapies est de savoir comment les livrer aux patients." a dit Maynard.

Typiquement, les produits biopharmaceutiques protéiques sont administrés par voie intraveineuse à des concentrations diluées dans un hôpital ou une clinique. Les scientifiques et les ingénieurs ont longtemps essayé de produire des médicaments sûrs à des concentrations plus élevées, afin qu'un patient puisse s'auto-injecter les médicaments à domicile, semblable à une injection d'insuline. Mais cela a été entravé par le fait que les protéines, dans des formulations à haute concentration, forment des agrégats qui pourraient être dangereux pour les patients et des gels qui ne peuvent pas être injectés.

L'équipe de recherche de la Cockrell School a introduit une nouvelle forme physique de protéines, où les protéines sont emballées dans hautement concentrées, amas de taille nanométrique qui peuvent passer à travers une aiguille dans un patient pour traiter une maladie. La nouvelle composition évite les pièges des tentatives précédentes car les protéines médicamenteuses sont regroupées de manière si dense qu'elles ne se déploient pas ou ne forment pas d'agrégats dangereux.

"Ce concept physique général de formation hautement concentré, pourtant stable, dispersions de protéines est une nouvelle direction majeure dans la science des protéines, " a déclaré Johnston.

Une avancée majeure est intervenue en 2004, quand Truskett a prédit que les médicaments à base de protéines en solution seraient stables s'ils pouvaient d'une manière ou d'une autre être formulés à des concentrations ultra-élevées. À ce moment-là, Johnston avait des nanoparticules de protéines stables concentrées mais ne savait pas comment les disperser sous une forme injectable.

En 2009, l'équipe a formé des nanoclusters de protéines dans l'eau simplement en ajustant correctement le pH (pour abaisser la charge protéique) et en ajoutant du sucre pour rassembler les molécules de protéines. Lors de la dilution ou de l'injection sous-cutanée dans une souris, les protéines se séparent en molécules stables individuelles ayant une activité biologique. Une fois injecté, la protéine dans la circulation sanguine attaque les cellules et les tumeurs ciblées de la même manière que pour la protéine délivrée par thérapie IV. Fournir une feuille de route pour améliorer la conception des nanoclusters, étudiants diplômés en génie chimique, Andrea Miller et Ameya Borwankar ont travaillé avec Truskett et Johnston pour développer une nouvelle théorie thermodynamique.

Une autre percée pour l'équipe a eu lieu en 2009 lorsqu'un senior en génie chimique, Brian Wilson, créé une dispersion transparente de protéines extrêmement concentrées, qui s'est avéré plus tard être formé de nanoclusters.

"Grâce aux discussions de Brian sur la recherche à l'intérieur et à l'extérieur de la classe, de nombreux étudiants de premier cycle à l'UT réalisent maintenant les énormes opportunités qu'ils ont de contribuer à la science, l'ingénierie et la santé humaine lorsqu'ils s'impliquent dans des projets de recherche, " a déclaré Johnston.

Depuis le début de la recherche en 2004, trois demandes de brevet ont été déposées par l'intermédiaire du Bureau de la commercialisation de la technologie de l'université.