(Phys.org) — Des chercheurs de l'Université de Floride ont développé un « nanotrain d'ADN » qui accélère sa charge utile de médicaments anticancéreux et d'agents de bio-imagerie jusqu'aux cellules tumorales profondément enfouies dans le corps. La capacité du nanotrain à délivrer de manière rentable des doses élevées de médicaments à des cancers ciblés avec précision et à d'autres maladies médicales sans laisser derrière lui un nano-encombrement toxique a été le Saint Graal insaisissable pour les scientifiques qui étudient le tout petit monde de la nanotechnologie de l'ADN.
La nanotechnologie de l'ADN est très prometteuse en tant que nouvelle façon d'administrer une chimiothérapie directement aux cellules cancéreuses, mais jusqu'à maintenant, les scientifiques n'ont pas été en mesure de diriger les nanothérapies pour différencier systématiquement les cellules cancéreuses des cellules saines. Les autres facteurs limitatifs comprennent les coûts élevés, des quantités trop faibles de médicaments délivrés et des effets secondaires toxiques potentiels.
"La plupart des nanotechnologies reposent sur une approche nanoparticulaire, et les particules sont constituées de matériaux inorganiques; après qu'ils aient été utilisés comme support pour le médicament, ils seront laissés à l'intérieur du corps, " a déclaré le chercheur principal de l'étude, Weihong Tan, un professeur distingué de chimie de l'UF, professeur de physiologie et génomique fonctionnelle, et membre de l'UF Shands Cancer Center et de l'UF Genetics Institute. « Par rapport aux nanostructures existantes, notre nanotrain est plus simple et moins cher à fabriquer, est hautement spécifique des cellules cancéreuses, a un grand pouvoir de charge médicamenteuse et est très biocompatible."
Décrit dans le numéro d'aujourd'hui du Actes de l'Académie nationale des sciences , Le nanotrain d'ADN de Tan est une structure tridimensionnelle composée de courts brins d'ADN attachés ensemble en un long train. Au bout du nanotrain se trouve un aptamère, un petit morceau d'acide nucléique servant de "locomotive" du train sur le pilote automatique biochimique pour se diriger et se lier à des cellules cancéreuses spécifiques. À la traîne se trouvent des structures d'ADN attachées qui servent côte à côte, wagons couverts de grande capacité, " transporter des agents de bio-imagerie ou des cargaisons de médicaments vers leurs cibles.
« La beauté du nanotrain réside dans le fait qu'en utilisant différents biomarqueurs de maladies, vous pouvez associer différents types de sondes ADN en tant que" locomotive "du train pour reconnaître et cibler différents types de cancers, " a déclaré Tan. "Nous avons précisément ciblé la leucémie, cellules cancéreuses du poumon et du foie, et parce que les sondes ADN sont
si précis en ciblant uniquement des types spécifiques de cellules cancéreuses, nous avons constaté une réduction spectaculaire de la toxicité des médicaments par rapport aux chimiothérapies standard, qui ne font pas bien la distinction entre les cellules cancéreuses et saines."
Tan et ses collègues rapportent que les nanotrains d'ADN peuvent être fabriqués de manière rentable en mélangeant des morceaux d'ADN dans un milieu liquide. Le mélange est ensuite exposé à un composé qui stimule les morceaux d'ADN à se rechercher et à s'auto-assembler dans les nanotrains d'ADN. Le type de cellule cancéreuse que le nanotrain d'ADN recherchera et détruira est déterminé par le composé spécifique ajouté au mélange comme déclencheur.
L'étude a démontré in vitro et chez la souris que les nanotrains d'ADN ciblent exclusivement les cellules cancéreuses pour lesquelles leurs sondes ont été programmées. Les sondes d'ADN vont directement aux cellules cancéreuses, conduisant les nanotrains à s'arrimer sur les membranes cellulaires et à pénétrer dans les cellules. Une fois à l'intérieur, les charges utiles de drogue se dispersent, tuer les cellules cancéreuses, un processus que Tan et son équipe ont surveillé en temps réel en mesurant la quantité de lumière fluorescente émise. Les composants biodégradables des nanotrains d'ADN se désintègrent avec les cellules cancéreuses mortes et sont éliminés par les mécanismes d'entretien normaux du corps.
"Notre étude a révélé que lorsqu'ils sont chargés de médicaments anticancéreux, ces nanotrains ont inhibé la croissance tumorale chez les souris plus que chez celles qui ont reçu des médicaments injectés librement dans la circulation sanguine. Ce qui est plus excitant, c'est que les souris traitées avec ces nanotrains ont subi beaucoup moins d'effets secondaires que celles traitées avec des médicaments gratuits, " a déclaré Guizhi Zhu, un doctorant UF qui a joué un rôle déterminant dans l'étude. "C'est ce que nous visons à réaliser pour les futurs soins de santé cliniques des patients atteints de cancer."
En plus d'une survie plus longue et d'une croissance tumorale inhibée, les souris qui ont été traitées avec l'administration de médicaments par nanotrain ont subi une perte de poids moindre et sont en meilleure condition physique que les souris qui ont reçu un traitement par injection et le groupe témoin de souris qui n'ont reçu aucun traitement. Tan et son équipe attribuent ces résultats améliorés à la toxicité considérablement réduite obtenue par l'administration ciblée de médicaments par nanotrain.
"Nous pensons avoir démontré que ces nanotrains d'ADN sont une plate-forme prometteuse de transport de médicaments ciblés pour l'administration de produits chimiothérapeutiques contre le cancer avec une très faible toxicité pour les tissus sains, et que la plate-forme a une large application pour de nombreux types de cancer différents, " dit Tan. " Avancer, nous travaillons à identifier le dosage optimal en utilisant des modèles murins pour la leucémie à cellules T, cancers du poumon et du foie et cancer du sein triple négatif.
"C'est très excitant, mais nous avons encore un long chemin à parcourir avant les essais humains, " il a dit.
