L'imagerie en temps réel d'un cerveau de rongeur montre que les nanoparticules recouvertes de polyéthylène-glycol (PEG) (vert) pénètrent plus loin dans le cerveau que les particules sans revêtement PEG (rouge). Crédit :Elizabeth Nance, Graeme Woodworth, Kurt marin
Le cerveau est un organe notoirement difficile à traiter, mais les chercheurs de Johns Hopkins rapportent qu'ils sont un pas de plus vers un système d'administration de médicaments suffisamment flexible pour surmonter certains défis clés posés par le cancer du cerveau et peut-être d'autres maladies affectant cet organe.
Dans un rapport publié en ligne le 29 août dans Science Médecine translationnelle , l'équipe de Johns Hopkins affirme que ses bio-ingénieurs ont conçu des nanoparticules qui peuvent s'infiltrer en toute sécurité et de manière prévisible profondément dans le cerveau lorsqu'elles sont testées dans des tissus de rongeurs et humains.
"Nous sommes heureux d'avoir trouvé un moyen d'empêcher les particules incrustées de médicaments de se coller à leur environnement afin qu'elles puissent se propager une fois dans le cerveau, " dit Justin Hanes, Doctorat., Lewis J. Ort Professeur d'ophtalmologie, avec des diplômes secondaires en génie chimique et biomoléculaire, génie biomédical, oncologie, chirurgie neurologique et sciences de la santé environnementale, et directeur du Johns Hopkins Center for Nanomedicine.
Au cours d'une intervention chirurgicale pour exciser une tumeur au cerveau, un accès direct au cerveau et à l'espace entre ses cellules est possible. Des nanoparticules conventionnelles porteuses de médicaments chimiothérapeutiques peuvent être appliquées pendant la chirurgie, mais ils restent essentiellement sur la surface où ils sont appliqués (flèches rouges). Les nanoparticules recouvertes d'une quantité suffisante de PEG ont la capacité de diffuser à travers le tissu (flèches violettes) afin de pouvoir migrer vers les cellules tumorales individuelles qui se sont échappées de la masse tumorale. Crédit :©2011. Département de neurochirurgie Johns Hopkins. Tous les droits sont réservés. Ian Suk
Après une intervention chirurgicale pour enlever une tumeur au cerveau, les protocoles de traitement standard incluent l'application d'une chimiothérapie directement sur le site chirurgical pour tuer toutes les cellules laissées derrière qui n'ont pas pu être enlevées chirurgicalement. À ce jour, cette méthode de prévention des récidives tumorales n'est que modérément efficace, en partie, car il est difficile d'administrer une dose de chimiothérapie suffisamment élevée pour pénétrer suffisamment dans les tissus pour être efficace et suffisamment faible pour être sans danger pour le patient et les tissus sains.
Pour surmonter ce défi de dosage, les ingénieurs ont conçu des nanoparticules - environ un millième du diamètre d'un cheveu humain - qui délivrent le médicament en petits, quantités constantes sur une période de temps. Les nanoparticules conventionnelles d'administration de médicaments sont fabriquées en piégeant des molécules de médicament avec des éléments microscopiques, molécules en forme de ficelle dans une boule serrée, qui se décompose lentement au contact de l'eau. Selon Charles Eberhart, MARYLAND., un pathologiste de Johns Hopkins et contributeur à ce travail, ces nanoparticules n'ont historiquement pas très bien fonctionné car elles collent aux cellules sur le site d'application et ont tendance à ne pas migrer plus profondément dans le tissu.
Elisabeth Nance, un étudiant diplômé en génie chimique et biomoléculaire à Hopkins, et le neurochirurgien Hopkins Graeme Woodworth, MARYLAND., soupçonné que la pénétration du médicament pourrait être améliorée si les nanoparticules d'administration du médicament interagissaient de manière minimale avec leur environnement. Nance a d'abord enduit des billes de plastique nanométriques de différentes tailles avec une molécule testée cliniquement appelée PEG, ou poly(éthylène glycol), qui avait été démontré par d'autres pour protéger les nanoparticules des mécanismes de défense du corps. L'équipe a estimé qu'une couche dense de PEG pourrait également rendre les billes plus glissantes.
L'équipe a ensuite injecté les billes enrobées dans des tranches de tissu cérébral de rongeur et humain. Ils ont d'abord étiqueté les perles avec des étiquettes lumineuses qui leur ont permis de voir les perles lorsqu'elles se déplaçaient dans le tissu. Par rapport aux billes non revêtues de PEG, ou des billes avec un revêtement PEG moins dense, ils ont découvert qu'un revêtement dense de PEG permettait à des billes plus grosses de pénétrer dans le tissu, même ces billes qui étaient près du double de la taille que l'on pensait auparavant être le maximum possible pour la pénétration dans le cerveau. Ils ont ensuite testé ces billes dans des cerveaux de rongeurs vivants et ont trouvé les mêmes résultats.
Les chercheurs ont ensuite pris des nanoparticules biodégradables contenant le médicament chimiothérapeutique paclitaxel et les ont recouvertes de PEG. Comme prévu, dans le tissu cérébral du rat, les nanoparticules sans revêtement PEG ont très peu bougé, tandis que les nanoparticules recouvertes de PEG se sont assez bien distribuées.
"C'est vraiment excitant que nous ayons maintenant des particules qui peuvent transporter cinq fois plus de drogue, le relâcher trois fois plus longtemps et pénétrer plus loin dans le cerveau qu'auparavant, " dit Nance. " La prochaine étape est de voir si nous pouvons ralentir la croissance tumorale ou la récurrence chez les rongeurs. " Woodworth a ajouté que l'équipe " veut également optimiser les particules et les coupler avec des médicaments pour traiter d'autres maladies du cerveau, comme la sclérose en plaques, accident vasculaire cérébral, lésion cérébrale traumatique, Alzheimer et Parkinson." Un autre objectif de l'équipe est de pouvoir administrer leurs nanoparticules par voie intraveineuse, qui est la recherche qu'ils ont déjà commencé.
