Une équipe de chercheurs, dirigé par des scientifiques de la Case Western Reserve University, a développé une nanoparticule multifonctionnelle qui permet à l'imagerie par résonance magnétique (IRM) de localiser les plaques de vaisseaux sanguins causées par l'athérosclérose. La technologie est une étape vers la création d'une méthode non invasive d'identification des plaques vulnérables à la rupture - la cause de crise cardiaque et d'accident vasculaire cérébral - à temps pour le traitement.

Actuellement, les médecins ne peuvent identifier que les vaisseaux sanguins qui se rétrécissent en raison de l'accumulation de plaque. Un médecin fait une incision et glisse un cathéter à l'intérieur d'un vaisseau sanguin dans le bras, l'aine ou le cou. Le cathéter émet un colorant qui permet aux rayons X de montrer le rétrécissement.

Cependant, Les chercheurs de Case Western Reserve rapportent en ligne aujourd'hui dans le journal Lettres nano qu'une nanoparticule construite à partir d'un virus en forme de bâtonnet que l'on trouve couramment sur le tabac localise et illumine plus efficacement la plaque dans les artères et avec une infime fraction du colorant.

Plus important, le travail montre que les nanoparticules adaptées se concentrent sur les biomarqueurs de la plaque. Cela ouvre la possibilité que les particules puissent être programmées pour identifier les plaques vulnérables à partir de plaques stables, quelque chose que les colorants non ciblés seuls ne peuvent pas.

"Du point de vue du chimiste, il est toujours difficile de fabriquer des nanoparticules qui ne sont pas sphériques, mais les matériaux non sphériques sont avantageux pour les applications médicales », a déclaré Nicole F. Steinmetz, professeur adjoint de génie biomédical à Case Western Reserve. "La nature a une longueur d'avance sur nous. Nous récoltons les méthodes de la nature pour les transformer en quelque chose d'utile en médecine."

Les nanoparticules en forme de bâtonnet sont fabriquées à partir du virus de la mosaïque du tabac, minuscules organismes tubulaires qui infectent les cellules végétales mais sont bénins à l'extérieur de la plante.

Steinmetz, spécialiste des virus végétaux en bio-ingénierie, fait équipe avec Xin Yu, professeur de génie biomédical, qui se spécialise dans le développement de techniques d'IRM pour enquêter sur les maladies cardiovasculaires. Ils ont créé un appareil qui transporte et concentre les agents d'imagerie sur des plaques.

L'équipe de recherche comprend :Michael A. Bruckman, un chercheur postdoctoral, et Lauren N. Randolph, un étudiant de premier cycle, dans le laboratoire Steinmetz; Kai Jiang, un doctorant dans le laboratoire de Yu; et Léonard G. Luyt, maître assistant, et Emily J. Simpson, un doctorant, tous deux au département de chimie de l'Université Western, à Londres, Ontario.

Les nanoparticules allongées ont une probabilité plus élevée d'être expulsées du flux sanguin central et de cibler la paroi des vaisseaux par rapport aux sphères. De plus, la forme permet une fixation plus stable à la plaque, les chercheurs ont dit.

La surface du virus est modifiée pour porter de courtes chaînes d'acides aminés, appelés peptides, qui font coller le virus là où les plaques se développent ou existent déjà. Luyt et Simpson ont synthétisé les peptides.

"La liaison permet à la particule de rester plus longtemps sur le site, alors que la force pure est plus susceptible d'emporter une sphère, en raison de sa courbure élevée, " dit Yu, une personne nommée par la Case School of Engineering.

La surface du virus a également été modifiée pour contenir des colorants dans le proche infrarouge utilisés pour le balayage optique, et les ions gadolinium (qui sont liés à des molécules organiques, pour réduire la toxicité du métal) utilisé comme agent de contraste IRM. Ils ont utilisé des scans optiques pour vérifier les résultats de l'IRM.

En chargeant la surface d'ions gadolinium au lieu de les injecter et de les laisser circuler librement dans la circulation sanguine, la nanoparticule augmente la relaxivité - ou le contraste des tissus sains - de plus de quatre ordres de grandeur.

"L'agent injecté dans la circulation sanguine a une relaxivité de 5, et nos nanoparticules une relaxivité de 35, 000, " a déclaré Steinmetz qui a été nommé par la Case Western Reserve School of Medicine.

C'est parce que la nanotige porte jusqu'à 2, 000 molécules de l'agent de contraste, en les concentrant sur les sites de plaque. Deuxièmement, la fixation de l'agent de contraste à un échafaudage de nanoparticules réduit ses taux de culbutage moléculaire et conduit à un avantage supplémentaire de relaxivité, les chercheurs ont expliqué.

Alors que la vue est meilleure, ils sont capables d'utiliser 400 fois moins d'agent de contraste car il est délivré directement sur les plaques.

La nanoparticule à base de virus du tabac, ils ont dit, offre un autre avantage :la plupart des nanoparticules qui ont été développées pour transporter des agents de contraste sont à base de matériaux synthétiques, dont certains peuvent rester dans le corps pendant un certain temps.

Le virus du tabac est composé de protéines, que le corps est bien équipé pour manipuler et rincer rapidement du système.

Steinmetz et Yu, membres du Case Center for Imaging Research, proposent maintenant d'aller plus loin. Ils veulent adapter les nanoparticules pour montrer aux médecins si les plaques sont stables et ne nécessitent aucun traitement, ou sont vulnérables à la rupture et nécessitent un traitement. Une rupture déclenche la cascade d'événements qui mènent à une crise cardiaque et à un accident vasculaire cérébral.

Pour faire ça, ils doivent d'abord trouver différents biomarqueurs des plaques stables par rapport aux plaques vulnérables et enrober les nanoparticules de différents peptides et agents de contraste qui permettent à l'IRM de distinguer les uns des autres.

"Notre compréhension des plaques vulnérables est incomplète, mais une fois que nous pouvons diagnostiquer des plaques vulnérables à partir de plaques stables, ce sera un changement de paradigme dans le diagnostic et le pronostic, " dit Yu.

En plus d'utiliser la technologie pour trouver des vulnérabilités, il peut également être utile pour la délivrance de médicaments et le suivi du traitement, disent les chercheurs.