La nanotechnologie offre de nouvelles possibilités puissantes pour les thérapies ciblées contre le cancer, mais les défis de conception sont nombreux. Les scientifiques de la Northwestern University sont maintenant les premiers à développer une nanoparticule simple mais spécialisée qui peut délivrer un médicament directement au noyau d'une cellule cancéreuse - une caractéristique importante pour un traitement efficace.

Ils sont également les premiers à visualiser directement à des dimensions nanométriques comment les nanoparticules interagissent avec le noyau d'une cellule cancéreuse.

"Nos nanostars d'or chargées de drogue sont de minuscules auto-stoppeurs, " a déclaré Teri W. Odom, qui a dirigé l'étude des cellules cancéreuses du col de l'utérus et de l'ovaire. "Ils sont attirés par une protéine à la surface de la cellule cancéreuse qui transporte commodément les nanoétoiles vers le noyau de la cellule. Ensuite, à la porte du noyau, les nanostars libèrent le médicament, qui continue dans le noyau pour faire son travail."

Odom est membre du conseil d'administration de la Columbian Exposition Professor of Chemistry au Weinberg College of Arts and Sciences et professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering and Applied Science.

En utilisant la microscopie électronique, Odom et son équipe ont découvert que leurs nanoparticules chargées de médicaments modifient considérablement la forme du noyau des cellules cancéreuses. Ce qui commence comme un beau, l'ellipsoïde lisse devient une forme inégale avec des plis profonds. Ils ont également découvert que ce changement de forme après la libération du médicament était lié à la mort des cellules et à la perte de viabilité de la population cellulaire - deux résultats positifs lorsqu'il s'agit de traiter les cellules cancéreuses.

Les résultats sont publiés dans la revue ACS Nano .

Depuis cette première recherche, les chercheurs ont ensuite étudié les effets des nanoétoiles d'or chargées de médicaments sur 12 autres lignées cellulaires cancéreuses humaines. L'effet était sensiblement le même. "Toutes les cellules cancéreuses semblent réagir de la même manière, " a déclaré Odom. "Cela suggère que les capacités de navette de la protéine de nucléoline pour les nanoparticules fonctionnalisées pourraient être une stratégie générale pour l'administration de médicaments à cible nucléaire."

La nanoparticule est simple et intelligemment conçue. Il est fait d'or et a la forme d'une étoile, avec 5 à 10 points. (Une nanoétoile mesure environ 25 nanomètres de large.) La grande surface permet aux chercheurs de charger une forte concentration de molécules médicamenteuses sur la nanoétoile. Moins de médicament serait nécessaire que les approches thérapeutiques actuelles utilisant des molécules libres car le médicament est stabilisé à la surface de la nanoparticule.

Le médicament utilisé dans l'étude est un aptamère d'ADN simple brin appelé AS1411. Environ 1, 000 de ces brins sont attachés à la surface de chaque nanoétoile.

L'aptamère d'ADN remplit deux fonctions :il est attiré et se lie à la nucléoline, une protéine surexprimée dans les cellules cancéreuses et présente à la surface cellulaire (ainsi qu'à l'intérieur de la cellule). Et une fois libéré de la nanostar, l'aptamère d'ADN agit également comme le médicament lui-même.

Lié à la nucléoline, les nanostars d'or chargées de médicaments profitent du rôle de la protéine en tant que navette à l'intérieur de la cellule et font de l'auto-stop jusqu'au noyau de la cellule. Les chercheurs dirigent ensuite des impulsions lumineuses ultrarapides - similaires à celles utilisées en chirurgie LASIK - vers les cellules. La lumière pulsée clive les attaches de liaison entre la surface d'or et les aptamères d'ADN thiolés, qui peut alors entrer dans le noyau.

En plus de permettre le chargement d'une grande quantité de médicament, la forme de la nanostar permet également de concentrer la lumière aux points, facilitant la libération de médicaments dans ces zones. La libération de médicaments à partir de nanoparticules est un problème difficile, Odom a dit, mais avec les nanostars d'or la libération se produit facilement.

Le fait que la nanostar d'or puisse délivrer le médicament sans avoir besoin de traverser la membrane nucléaire signifie que la nanoparticule n'a pas besoin d'avoir une certaine taille, offrant une flexibilité de conception. Aussi, les nanoétoiles sont réalisées à l'aide d'une synthèse biocompatible, ce qui est inhabituel pour les nanoparticules.

Odom envisage la méthode de livraison de drogue, une fois optimisé, pourrait être particulièrement utile dans les cas où les tumeurs sont assez proches de la surface de la peau, comme la peau et certains cancers du sein. (La source lumineuse serait externe au corps.) Les chirurgiens qui enlèvent des tumeurs cancéreuses pourraient également trouver les nanoétoiles d'or utiles pour éradiquer toutes les cellules cancéreuses errantes dans les tissus environnants.