(Phys.org) - Une nouvelle méthode pour trouver et administrer des médicaments cicatrisants aux microfissures nouvellement formées dans les os a été inventée par une équipe de chimistes et de bioingénieurs de la Penn State University et de la Boston University. La méthode implique la livraison ciblée des médicaments, directement aux fissures, sur le dos de minuscules nanoparticules auto-alimentées. L'énergie qui fait tourner les moteurs des nanoparticules et les envoie se précipiter vers la fissure provient d'une source surprenante :la fissure elle-même.

"Quand une fissure se produit dans un os, il perturbe les minéraux dans l'os, qui s'échappent sous forme de particules chargées - sous forme d'ions - qui créent un champ électrique, qui attire les nanoparticules chargées négativement vers la fissure, " a déclaré le professeur de chimie Penn State Ayusman Sen, co-responsable de l'équipe de recherche. "Nos expériences ont montré qu'une particule biocompatible peut rapidement et naturellement administrer un médicament contre l'ostéoporose directement à un os nouvellement fissuré."

Sen a dit que la formation de ce type de champ électrique est un phénomène bien connu, mais d'autres scientifiques ne l'avaient pas utilisé auparavant à la fois comme source d'alimentation et comme balise de guidage pour administrer activement des médicaments de guérison osseuse aux sites les plus à risque de fracture ou de détérioration active. « C'est une nouvelle façon de détecter les fissures et de leur fournir des médicaments, " a déclaré le co-chef de l'équipe et professeur de l'Université de Boston, Mark Grinstaff.

La méthode est plus énergique et plus ciblée que les méthodes actuelles, dans lequel les médicaments circulent passivement sur la circulation sanguine, où ils peuvent ou non arriver à des microfissures à une dose suffisamment élevée pour initier la guérison. La nouvelle méthode promet de traiter, dès qu'elles se forment, les microfissures qui entraînent des fractures osseuses chez les patients atteints d'ostéoporose et d'autres conditions médicales.

Pour trouver un moyen de guérir les microfissures avant qu'elles ne se transforment en cassures, Sen et son étudiante diplômée Vinita Yadav ont associé leur laboratoire de chimie au laboratoire de chimie/ingénierie biomédicale de Grinstaff. Les scientifiques ont ensuite réalisé une série d'expériences dans chacun de leurs laboratoires. Un article scientifique décrivant ces expériences est publié ce mois-ci dans la revue internationale de chimie Angewandte Chemie .

La première série d'expériences de Sen et Yadav a testé leur nouvelle façon d'administrer des médicaments dans un système modèle utilisant l'os d'un tibia et d'un fémur humains et de très petites particules fluorescentes appelées points quantiques fabriqués à partir d'un matériau synthétique. Sen a dit, "Nous avons ajouté de la fluorescence à ces particules car la fluorescence les rend si faciles à voir au microscope." Cette première série de tests a montré que les points quantiques chargés négativement faisaient, En effet, se diriger vers et empiler sur une fissure nouvellement formée.

Les scientifiques ont ensuite testé leur système à l'aide d'un matériau biologique naturel - une molécule de protéine - pour voir s'il fonctionnerait sur l'os humain ainsi que sur les points quantiques synthétiques. Les résultats de ces tests étaient encourageants. L'équipe dirigée par Sen et Grinstaff a donc placé la barre encore plus haut, faire leur prochaine série d'expériences avec des nanomoteurs fabriqués à partir d'un matériau biologique et d'un matériau synthétique. Ils voulaient voir s'ils pouvaient attacher le matériel biologique - un médicament utilisé pour traiter l'ostéoporose - sur un matériau synthétique qui pourrait le transporter, comme un nanocamion, à une fissure dans un os humain. Le matériau synthétique que les scientifiques ont sélectionné pour transporter le médicament contre l'ostéoporose (acide polylactique-co-glycolique) a été approuvé par la Federal Drug Administration et est largement utilisé dans les dispositifs médicaux. L'objectif de cet ensemble d'expériences était de fabriquer un nanocamion auto-alimenté qui pourrait transporter le médicament contre l'ostéoporose (alendronate de sodium) et aurait de bonnes chances d'être utilisé en toute sécurité à l'intérieur du corps humain.

Comme les nanoparticules des tests précédents, le matériau nanotruck approuvé par la FDA avait une petite molécule fluorescente qui lui était attachée afin que ses mouvements puissent être vus au microscope. "Nos expériences montrent que ce nanomoteur bio-sûr peut, En réalité, transporter avec succès le médicament contre l'ostéoporose jusqu'à une nouvelle fissure dans un os humain, " a dit Sen. Il a expliqué que, même lorsque ces nanomoteurs étaient chargés de millions de molécules de leur cargaison de guérison osseuse, chacun était encore 30 à 40 fois plus petit qu'un globule rouge.

Dans une dernière série d'expériences, fait dans le laboratoire Grinstaff de l'Université de Boston, L'étudiant diplômé Jonathan Freedman a testé le même médicament contre l'ostéoporose sur des cellules osseuses humaines vivantes. "Les cellules osseuses traitées ont augmenté en nombre par rapport à celles qui n'ont pas été traitées avec le médicament contre l'ostéoporose, ce qui confirme d'autres études qui ont montré que ce médicament est efficace pour réparer les os humains, " dit Grinstaff.

"Ce qui rend nos nanomoteurs différents, c'est qu'ils peuvent administrer activement et naturellement des médicaments à une zone ciblée, " dit Sen. "Méthodes actuelles, en revanche, impliquent de prendre un médicament et d'espérer qu'une quantité suffisante arrive là où elle est nécessaire pour la guérison. il nécessitera de nombreux autres tests et de nombreux développements avant qu'il puisse être prouvé sûr et efficace pour prévenir les fractures osseuses chez les patients atteints d'affections telles que l'ostéoporose.