Les nanoparticules se sont révélées très prometteuses dans l'administration ciblée de médicaments aux cellules, mais des chercheurs de l'Université de Géorgie ont affiné davantage le processus d'administration des médicaments en utilisant des nanoparticules pour administrer des médicaments à un organite spécifique dans les cellules.

En ciblant les mitochondries, souvent appelé « la centrale électrique des cellules, " les chercheurs ont augmenté l'efficacité des thérapies agissant sur les mitochondries utilisées pour traiter le cancer, La maladie d'Alzheimer et l'obésité dans des études menées avec des cellules en culture.

"La mitochondrie est un organite complexe très difficile à atteindre, mais ces nanoparticules sont conçues pour faire le bon travail au bon endroit, " a déclaré l'auteur principal Shanta Dhar, professeur adjoint de chimie à l'UGA Franklin College of Arts and Sciences.

Dhar et son co-auteur, doctorant Sean Marrache, utilisé un biodégradable, Polymère approuvé par la FDA pour fabriquer leurs nanoparticules, puis utilisé les particules pour encapsuler et tester des médicaments qui traitent une variété de conditions. Leurs résultats ont été publiés cette semaine dans la première édition de la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

Pour tester l'efficacité de leur système de ciblage de médicaments contre le cancer, ils ont encapsulé la drogue lonidamine, qui agit en inhibant la production d'énergie dans les mitochondries, et, séparément, une forme de vitamine E antioxydante. Ils ont ensuite traité des cellules cancéreuses en culture et ont découvert que le ciblage mitochondrial augmentait l'efficacité des médicaments de plus de 100 fois par rapport aux médicaments seuls et de cinq fois par rapport à l'administration de médicaments contenant des nanoparticules qui cibler l'extérieur des cellules.

De la même manière, le composé curcumine s'est révélé prometteur pour inhiber la formation des plaques amyloïdes qui sont une caractéristique de la maladie d'Alzheimer, mais il se dégrade rapidement en présence de lumière et est rapidement décomposé par le corps. En encapsulant la curcumine dans les nanoparticules ciblant les mitochondries, cependant, les chercheurs ont pu restaurer la capacité des cellules cérébrales en culture à survivre malgré la présence d'un composé qui favorise la formation de plaques. Près de 100 % des cellules traitées avec les nanoparticules ciblant les mitochondries ont survécu en présence du composé induisant la plaque, contre 67 pour cent des cellules traitées avec de la curcumine libre et 70 pour cent des cellules traitées avec des nanoparticules qui ciblent l'extérieur des cellules.

Finalement, les chercheurs ont encapsulé le médicament contre l'obésité 2, 4-DNP - qui fonctionne en rendant la production d'énergie dans les mitochondries moins efficace - dans leurs nanoparticules et a constaté qu'il réduisait la production de graisse par les cellules en culture appelées préadipocytes de 67% par rapport aux cellules traitées avec le médicament seul et de 61% des cellules traitées avec des nanoparticules qui ciblent l'extérieur des cellules.

"Beaucoup de maladies sont associées à des mitochondries dysfonctionnelles, mais beaucoup de médicaments qui agissent sur les mitochondries ne peuvent pas y arriver, " dit Marrache. " Plutôt que d'essayer de modifier les médicaments, ce qui peut réduire leur efficacité, nous les encapsulons dans ces nanoparticules et les livrons précisément aux mitochondries."

Dhar a déclaré qu'apporter des médicaments aux mitochondries n'était pas une mince affaire. En entrant dans les cellules, les nanoparticules entrent dans un centre de tri appelé endosome. La première chose que Dhar et Marrache ont dû démontrer était que les nanoparticules s'échappent de l'endosome et ne finissent pas dans le centre de stockage des cellules, le lysosome.

La mitochondrie elle-même est protégée par deux membranes séparées par un espace interstitiel. La membrane externe ne laisse passer que les molécules d'une certaine taille, tandis que la membrane interne ne laisse passer que les molécules d'une gamme donnée de charges. Les chercheurs ont construit une bibliothèque de nanoparticules et les ont testées jusqu'à ce qu'ils aient identifié la plage de taille optimale - 64 à 80 nanomètres, ou environ 1, 000 fois plus fine que la largeur d'un cheveu humain et une charge de surface optimale, plus 34 millivolts.

Dhar note que les composants qu'ils ont utilisés pour créer les nanoparticules sont approuvés par la FDA et que leurs méthodes sont hautement reproductibles et ont donc le potentiel d'être transposées en milieu clinique. Les chercheurs testent actuellement leur système de livraison ciblé chez les rongeurs et disent que les résultats préliminaires sont prometteurs.

"Les dysfonctionnements mitochondriaux provoquent de nombreux troubles chez l'homme, " Dhar dit, « Il y a donc plusieurs applications potentielles pour ce système de livraison. »