Une nouvelle technologie de revêtement développée au MIT, combiné à une nouvelle technologie de fabrication de nanoparticules développée à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, peut offrir aux scientifiques un moyen de produire rapidement en masse des nanoparticules sur mesure qui sont spécialement enrobées pour des applications spécifiques, y compris les médicaments et l'électronique.

Grâce à cette nouvelle combinaison des deux technologies existantes, les scientifiques peuvent produire de très petites quantités, des particules uniformes avec des couches de matériau personnalisées qui peuvent transporter des médicaments ou d'autres molécules pour interagir avec leur environnement, ou même cibler des types de cellules spécifiques.

Création de lots hautement reproductibles de produits conçus avec précision, les nanoparticules enrobées sont importantes pour la fabrication sûre des médicaments et l'obtention de l'approbation réglementaire, dit Paula Hammond, le professeur David H. Koch en génie chimique au MIT et membre de l'Institut Koch du MIT pour la recherche intégrative sur le cancer.

« Tout le monde est enthousiasmé par le potentiel de la nanomédecine, et il y a des systèmes qui arrivent sur le marché, mais les gens sont également préoccupés par la reproductibilité de chaque lot. C'est particulièrement critique pour des applications telles que les thérapies contre le cancer, " dit Hammond. "Heureusement, nous avons combiné deux technologies qui sont à la pointe de la résolution de ces problèmes et qui sont très prometteuses pour l'avenir de la nanofabrication."

Hammond et Joseph DeSimone, le Chancellor's Eminent Professor of Chemistry à l'UNC et le William R. Kenan Jr. Distinguished Professor of Chemical Engineering à la North Carolina State University, sont les auteurs principaux d'un article décrivant la technologie dans l'édition en ligne du 1er juillet de Matériaux avancés . L'auteur principal de l'article est Stephen Morton, un étudiant diplômé dans le laboratoire de Hammond.

« Une plateforme très polyvalente »

Le laboratoire de Hammond a précédemment développé une technique de dépôt couche par couche pour revêtir des surfaces de nanoparticules avec des couches alternées de médicaments, ARN, protéines ou d'autres molécules d'intérêt. Ces revêtements peuvent également être conçus pour protéger les nanoparticules d'être détruites par le système immunitaire du corps avant d'atteindre leurs cibles prévues.

"C'est une plateforme très polyvalente pour incorporer des thérapeutiques, " dit Hammond.

Cependant, les processus d'application couche par couche couramment utilisés aujourd'hui pour enrober les nanoparticules prennent trop de temps pour être utiles pour une application rapide, fabrication à grande échelle :Pour chaque couche, les particules doivent être trempées dans une solution du matériau de revêtement, puis centrifugé dans une centrifugeuse pour éliminer l'excès de revêtement. L'application de chaque couche prend environ une heure.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs du MIT ont utilisé une technique de pulvérisation, ce qui leur permet d'appliquer chaque couche en quelques secondes seulement. Cette technologie a été précédemment développée dans le laboratoire Hammond et est maintenant commercialisée par Svaya Nanotechnologies.

Hammond a combiné cette approche avec une technologie de fabrication de nanoparticules connue sous le nom de plateforme PRINT (Particle Replication In Non-wetting Templates), qui a été développé dans le laboratoire DeSimone à l'UNC et est maintenant commercialisé par Liquidia Technologies. Liquidia se concentre sur l'utilisation de la plate-forme PRINT pour créer de nouveaux produits de santé basés sur les nanotechnologies, vaccins et thérapeutiques.

La plate-forme PRINT est une technologie de moulage de particules rouleau à rouleau en continu qui permet la conception et la production en série de particules conçues avec précision de taille contrôlée, forme et composition chimique. Pour fabriquer des particules comme celles utilisées dans cette étude, un mélange de polymères et de molécules médicamenteuses (ou autre charge utile) est appliqué à un grand rouleau de film constitué d'un moule de taille nanométrique contenant des caractéristiques de la forme et de la taille souhaitées. Le mélange remplit chaque caractéristique du moule et se solidifie pour créer des milliards de nanoparticules. Les particules sont démoulées à l'aide d'un autre rouleau de film adhésif, qui peuvent ensuite être pulvérisés avec des couches de revêtements spécialisés à l'aide de la nouvelle technologie de Hammond et séparés en particules individuelles.

"L'idée était de réunir ces deux procédés à l'échelle industrielle et de créer un système sophistiqué, nanoparticule magnifiquement enrobée, de la même manière que les boulangeries glacent votre beignet préféré sur le tapis roulant, " dit Hammond.

"La combinaison de PRINT et de pulvérisation couche par couche fournit une plate-forme polyvalente pour modifier rapidement la chimie de surface des particules, " dit Frank Caruso, un professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'Université de Melbourne qui ne faisait pas partie de l'équipe de recherche. "Cette approche est également prometteuse pour un débit élevé dans le développement de systèmes de distribution de particules pour les applications de nanomédecine."

Fonctions multiples

Ce nouveau procédé promet de produire de grandes quantités de nanoparticules enrobées tout en réduisant considérablement le temps de production. Il permet également de concevoir sur mesure une grande variété de matériaux, à la fois dans le cœur des nanoparticules et dans le revêtement, pour des applications incluant l'électronique, l'administration de médicaments, vaccins, cicatrisation ou imagerie, dit Morton.

"Les technologies PRINT et couche par couche permettent l'incorporation de nombreux matériaux différents qui ont des propriétés uniques pour créer des systèmes avec de multiples fonctions intégrées, " il dit.

Pour démontrer l'utilité potentielle de cette technique, les chercheurs ont créé des particules enrobées d'acide hyaluronique, qui a été montré pour cibler les protéines, appelés récepteurs CD44, qui se trouvent à des niveaux élevés sur les cellules cancéreuses agressives. Ils ont découvert que les cellules cancéreuses du sein cultivées en laboratoire engloutissent les particules recouvertes de couches d'acide hyaluronique beaucoup plus efficacement que les particules sans revêtement ou avec des revêtements ne contenant pas d'acide hyaluronique.

Dans les études de suivi, les chercheurs prévoient de concevoir des particules contenant des médicaments anticancéreux et des revêtements anticancéreux pour voir si elles peuvent efficacement réduire les tumeurs. Certaines de ces particules peuvent inclure des combinaisons, tels que deux médicaments de chimiothérapie différents, ou un médicament combiné avec des molécules d'ARN qui ciblent les gènes cancéreux. Ces combinaisons peuvent fonctionner ensemble de manière synergique pour désarmer et tuer sélectivement les cellules cancéreuses.

L'article s'intitule "Fabrication évolutive de nanomédecine sur mesure :fonctionnalisation couche par couche assistée par pulvérisation de nanoparticules PRINT".

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.