Utilisation de nanoparticules photorécoltantes pour convertir l'énergie laser en « nanobulles plasmoniques, " des chercheurs de l'Université Rice, le MD Anderson Cancer Center de l'Université du Texas et le Baylor College of Medicine (BCM) développent de nouvelles méthodes pour injecter des médicaments et des charges génétiques directement dans les cellules cancéreuses. Dans des tests sur des cellules cancéreuses résistantes aux médicaments, les chercheurs ont découvert que l'administration de médicaments de chimiothérapie avec des nanobulles était jusqu'à 30 fois plus mortelle pour les cellules cancéreuses que le traitement médicamenteux traditionnel et nécessitait moins d'un dixième de la dose clinique.

"Nous livrons des médicaments contre le cancer ou d'autres cargaisons génétiques au niveau unicellulaire, " a déclaré Dmitri Lapotko de Rice, un biologiste et physicien dont la technique des nanobulles plasmoniques fait l'objet de quatre nouvelles études évaluées par des pairs, dont un dû plus tard ce mois-ci dans le journal Biomatériaux et un autre publié le 3 avril dans la revue PLoS UN . "En évitant les cellules saines et en administrant les médicaments directement à l'intérieur des cellules cancéreuses, nous pouvons simultanément augmenter l'efficacité du médicament tout en abaissant le dosage."

L'administration sélective de médicaments et de thérapies afin qu'ils affectent les cellules cancéreuses mais pas les cellules saines à proximité est un obstacle majeur à l'administration de médicaments. Le tri des cellules cancéreuses des cellules saines a été un succès, mais c'est à la fois long et coûteux. Les chercheurs ont également utilisé des nanoparticules pour cibler les cellules cancéreuses, mais les nanoparticules peuvent être absorbées par des cellules saines, ainsi, attacher des médicaments aux nanoparticules peut également tuer les cellules saines.

Les nanobulles de Rice ne sont pas des nanoparticules; plutôt, ce sont des événements de courte durée. Les nanobulles sont de minuscules poches d'air et de vapeur d'eau qui sont créées lorsque la lumière laser frappe un amas de nanoparticules et est instantanément convertie en chaleur. Les bulles se forment juste sous la surface des cellules cancéreuses. Au fur et à mesure que les bulles se dilatent et éclatent, ils ouvrent brièvement de petits trous à la surface des cellules et permettent aux médicaments anticancéreux de pénétrer à l'intérieur. La même technique peut être utilisée pour administrer des thérapies géniques et d'autres charges utiles thérapeutiques directement dans les cellules.

Cette méthode, qui n'a pas encore été testé sur les animaux, nécessitera plus de recherche avant qu'il ne soit prêt pour les tests humains, dit Lapotko, chercheur en biochimie et biologie cellulaire et en physique et astronomie à Rice.

Les Biomatériaux Une étude attendue plus tard ce mois-ci rapporte une modification génétique sélective des lymphocytes T humains dans le but d'une thérapie cellulaire anticancéreuse. Le papier, qui est co-écrit par le Dr Malcolm Brenner, professeur de médecine et de pédiatrie au BCM et directeur du Centre de thérapie cellulaire et génique du BCM, ont découvert que la méthode "a le potentiel de révolutionner l'administration de médicaments et la thérapie génique dans diverses applications".

"Le mécanisme d'injection de nanobulles est une approche entièrement nouvelle pour l'administration de médicaments et de gènes, " Brenner a déclaré. "Il est très prometteur pour cibler sélectivement les cellules cancéreuses qui sont mélangées avec des cellules saines dans la même culture."

Les nanobulles plasmoniques de Lapotko sont générées lorsqu'une impulsion de lumière laser frappe un plasmon, une vague d'électrons qui va et vient à travers la surface d'une nanoparticule métallique. En adaptant la longueur d'onde du laser à celle du plasmon, et composer juste la bonne quantité d'énergie laser, L'équipe de Lapotko peut s'assurer que les nanobulles se forment uniquement autour des amas de nanoparticules dans les cellules cancéreuses.

En utilisant la technique pour faire passer des médicaments à travers la paroi externe protectrice d'une cellule cancéreuse, ou membrane cellulaire, peut considérablement améliorer la capacité du médicament à tuer la cellule cancéreuse, comme le montrent Xiangwei Wu de Lapotko et MD Anderson dans deux études récentes, un dans Biomatériaux en février et un autre en Matériaux avancés en mars.

« Surmonter la résistance aux médicaments représente l'un des défis majeurs dans le traitement du cancer, ", a déclaré Wu. "Cibler les nanobulles plasmoniques sur les cellules cancéreuses a le potentiel d'améliorer l'administration de médicaments et la destruction des cellules cancéreuses."

Pour former les nanobulles, les chercheurs doivent d'abord faire pénétrer les nanoclusters d'or à l'intérieur des cellules cancéreuses. Les scientifiques y parviennent en marquant des nanoparticules d'or individuelles avec un anticorps qui se lie à la surface de la cellule cancéreuse. Les cellules ingèrent les nanoparticules d'or et les séquestrent ensemble dans de minuscules poches juste en dessous de leur surface.

Alors que quelques nanoparticules d'or sont absorbées par des cellules saines, les cellules cancéreuses en prennent beaucoup plus, et la sélectivité de la procédure doit au fait que le seuil minimum d'énergie laser nécessaire pour former une nanobulle dans une cellule cancéreuse est trop faible pour former une nanobulle dans une cellule saine.