De nombreux chercheurs à vocation médicale sont à la poursuite de conceptions qui permettront aux nanoparticules porteuses de médicaments de naviguer dans les tissus et à l'intérieur des cellules, mais les ingénieurs de l'Université du Michigan ont découvert que ces particules ont un autre obstacle à surmonter :s'échapper de la circulation sanguine.

Les systèmes d'administration de médicaments promettent un ciblage précis des tissus malades, ce qui signifie que les médicaments pourraient être plus efficaces à des doses plus faibles et avec moins d'effets secondaires. Une telle approche pourrait traiter les plaques dans les artères, ce qui peut entraîner des crises cardiaques ou des accidents vasculaires cérébraux.

Les porteurs de médicaments identifieraient les parois des vaisseaux enflammés et délivreraient un médicament qui élimine les dépôts de calcium, cholestérol et autres substances. Ou, les porteurs pourraient rechercher des marqueurs du cancer et tuer les petits vaisseaux sanguins dans les tumeurs, affamer les tissus malins de nourriture et d'oxygène.

Nanoparticules, qui ont des diamètres inférieurs au micron, ou un millième de millimètre, sont considérés comme les vecteurs de médicaments les plus prometteurs. Omolola Eniola-Adefeso, U-M professeur de génie chimique qui étudie les nanoparticules dans le sang qui coule, dit que le système immunitaire ne peut pas s'en débarrasser rapidement.

"Il est difficile pour un globule blanc de comprendre qu'il a une nanoparticule à côté de lui, " elle a dit.

Ces mêmes dimensions minuscules leur permettent de glisser à travers les fissures entre les cellules et de s'infiltrer dans les membranes cellulaires, où ils peuvent aller travailler en administrant des médicaments. Mais Eniola-Adefeso et son équipe ont découvert que ces particules ont un talon d'Achille.

Les vaisseaux sanguins sont les autoroutes du corps, et une fois que les nanoparticules entrent dans le flux, ils trouvent très difficile d'atteindre les sorties. Dans tous les vaisseaux autres que les capillaires, les globules rouges du sang qui coule ont tendance à se rassembler au centre.

"Les globules rouges balaient les particules de moins d'un micron de diamètre et les prennent en sandwich, " elle a dit.

Piégé parmi les globules rouges, les nanoparticules ne peuvent pas atteindre la paroi des vaisseaux pour traiter les maladies des vaisseaux sanguins ou des tissus situés au-delà.

Avec leurs travaux récents, y compris une étude qui sera publiée récemment dans Langmuir , L'équipe d'Eniola-Adefeso a montré que les sphères de nanoparticules sont confrontées à ce problème dans de minuscules artérioles et veinules - un cran au-dessus des capillaires - jusqu'aux artères de la taille d'un centimètre.

Ils ont découvert cela à l'aide de canaux en plastique bordés des mêmes cellules qui composent l'intérieur des vaisseaux sanguins. Sang humain, avec des nano- ou microsphères ajoutées, parcouru les canaux, et l'équipe a observé si les sphères ont migré ou non vers les parois du canal et se sont liées au revêtement. Les chercheurs présentent la première preuve visuelle que peu de nanosphères parviennent à la paroi des vaisseaux dans le flux sanguin.

"Avant le travail que nous avons fait, les gens fonctionnaient en supposant que les particules interagiraient avec le vaisseau sanguin à un moment donné, ", a déclaré Eniola-Adefeso.

Alors qu'une fraction relativement faible de nanosphères filtre vers les parois des vaisseaux sanguins, beaucoup d'autres restent dans la circulation sanguine et voyagent dans tout le corps. L'augmentation de la dose de nanoparticules donne des rendements médiocres; après que l'équipe ait ajouté cinq fois plus de nanosphères aux échantillons de sang, le nombre de sphères liées à la paroi des vaisseaux sanguins n'a fait que doubler.

« Si l'administration localisée de médicaments est un objectif important, alors les nanosphères échoueront, " elle a dit.

Mais ce ne sont pas que de mauvaises nouvelles. Les globules rouges avaient tendance à pousser des microsphères d'un diamètre de deux microns ou plus vers la paroi. Que le sang coule uniformément, comme dans les artérioles et les veinules, ou en légumineuses, comme cela se produit dans les artères, les plus grosses microsphères ont pu atteindre la paroi du vaisseau et s'y lier. Lorsque l'équipe a ajouté plus de microsphères au flux, ils ont vu une augmentation proportionnelle des microsphères sur la paroi du vaisseau.

Alors que les microsphères sont trop grandes pour servir de vecteurs de médicaments dans l'espace cellulaire ou tissulaire, l'équipe a suggéré que les microsphères pourraient transporter des nanosphères vers la paroi du vaisseau, les libérant lors de l'attachement. Mais l'approche la plus simple peut être des nanoparticules de différentes formes, qui pourraient échapper d'eux-mêmes aux globules rouges.

Eniola-Adefeso et son équipe expérimentent des nanoparticules en forme de bâtonnets.

"Une sphère n'a pas de dérive, " elle a dit, les nanosphères ne se déplaceront donc pas naturellement latéralement hors du flux de globules rouges. "Quand une tige coule, ça dérive, et cette dérive le rapproche de la paroi du vaisseau."