Les nouvelles nanoparticules du MIT sont constituées de chaînes polymères (bleues) et de trois molécules médicamenteuses différentes :la doxorubicine est rouge, les petites particules vertes sont de la camptothécine, et le noyau vert plus gros contient du cisplatine. Crédit :Jérémie Johnson
L'administration de médicaments de chimiothérapie sous forme de nanoparticules pourrait aider à réduire les effets secondaires en ciblant les médicaments directement sur les tumeurs. Dans les années récentes, les scientifiques ont développé des nanoparticules qui délivrent un ou deux médicaments de chimiothérapie, mais il a été difficile de concevoir des particules pouvant transporter plus que cela dans un rapport précis.
Maintenant, les chimistes du MIT ont mis au point une nouvelle façon de construire de telles nanoparticules, rendant beaucoup plus facile d'inclure trois médicaments différents ou plus. Dans un article publié dans le Journal de l'American Chemical Society , les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient charger leurs particules avec trois médicaments couramment utilisés pour traiter le cancer de l'ovaire.
"Nous pensons que c'est le premier exemple d'une nanoparticule qui porte un rapport précis de trois médicaments et peut libérer ces médicaments en réponse à trois mécanismes de déclenchement distincts, " dit Jérémie Johnson, professeur adjoint de chimie au MIT et auteur principal du nouveau document.
De telles particules pourraient être conçues pour transporter encore plus de médicaments, permettant aux chercheurs de développer de nouveaux schémas thérapeutiques qui pourraient mieux tuer les cellules cancéreuses tout en évitant les effets secondaires de la chimiothérapie traditionnelle. Dans le JACS papier, Johnson et ses collègues ont démontré que les nanoparticules à triple menace pouvaient tuer les cellules cancéreuses de l'ovaire plus efficacement que les particules ne transportant qu'un ou deux médicaments, et ils ont commencé à tester les particules contre les tumeurs chez les animaux.
Longyan Liao, un post-doctorat dans le laboratoire de Johnson, est l'auteur principal de l'article.
Assembler les morceaux
La nouvelle approche de Johnson surmonte les limites inhérentes aux deux méthodes les plus souvent utilisées pour produire des nanoparticules libérant des médicaments :encapsuler de petites molécules de médicament à l'intérieur des particules ou les attacher chimiquement à la particule. Avec ces deux techniques, les réactions nécessaires à l'assemblage des particules deviennent de plus en plus difficiles à chaque nouveau médicament ajouté.
Les particules ont été conçues pour libérer de la doxorubicine lorsqu'elles sont exposées à la lumière ultraviolette. Ici, les cellules cancéreuses de l'ovaire deviennent rouges à mesure que la doxorubicine est libérée au fil du temps. Crédit :Erik Dreaden et Kevin Shopsowitz
La combinaison de ces deux approches - encapsuler un médicament à l'intérieur d'une particule et attacher un autre à la surface - a eu un certain succès, mais est toujours limité à deux médicaments.
Johnson a entrepris de créer un nouveau type de particule qui surmonterait ces contraintes, permettant le chargement d'un nombre quelconque de médicaments différents. Au lieu de construire la particule puis d'attacher des molécules de médicament, il a créé des blocs de construction qui incluent déjà le médicament. Ces blocs de construction peuvent être réunis dans une structure très spécifique, et les chercheurs peuvent contrôler avec précision la quantité de chaque médicament inclus.
Chaque bloc de construction se compose de trois composants :la molécule de médicament, une unité de liaison pouvant se connecter à d'autres blocs, et une chaîne de polyéthylène glycol (PEG), qui aide à protéger la particule d'être décomposée dans le corps. Des centaines de ces blocs peuvent être liés en utilisant une approche développée par Johnson, appelée « première polymérisation au pinceau ».
"C'est une nouvelle façon de construire les particules depuis le début, " dit Johnson. " Si je veux une particule avec cinq médicaments, Je prends juste les cinq blocs de construction que je veux et je les assemble en une particule. En principe, il n'y a aucune limitation sur le nombre de médicaments que vous pouvez ajouter, et la proportion de drogues transportées par les particules dépend simplement de la façon dont elles sont mélangées au début. »
Variantes de combinaisons
Pour ce papier, les chercheurs ont créé des particules qui transportent les médicaments cisplatine, doxorubicine, et la camptothécine, qui sont souvent utilisés seuls ou en association pour traiter le cancer de l'ovaire.
Chaque particule transporte les trois médicaments dans un rapport spécifique qui correspond à la dose maximale tolérée de chaque médicament, et chaque médicament a son propre mécanisme de libération. Le cisplatine est libéré dès que la particule pénètre dans une cellule, car les liaisons qui la retiennent à la particule se rompent lors de l'exposition au glutathion, un antioxydant présent dans les cellules. La camptothécine est également libérée rapidement lorsqu'elle rencontre des enzymes cellulaires appelées estérases.
Le troisième médicament, doxorubicine, a été conçu pour qu'il ne soit libéré que lorsque la lumière ultraviolette brille sur la particule. Une fois les trois médicaments libérés, tout ce qui reste est PEG, qui est facilement biodégradable.
Cette approche « représente une nouvelle percée intelligente dans la libération de plusieurs médicaments grâce à l'inclusion simultanée de différents médicaments, par des chimies distinctes, au sein d'une même … plate-forme, " dit Todd Emrick, un professeur de science et d'ingénierie des polymères à l'Université du Massachusetts à Amherst qui n'a pas participé à l'étude.
En collaboration avec des chercheurs du laboratoire de Paula Hammond, le professeur d'ingénierie David H. Koch et membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT, l'équipe a testé les particules contre des cellules cancéreuses de l'ovaire cultivées en laboratoire. Les particules transportant les trois médicaments ont tué les cellules cancéreuses à un taux plus élevé que celles qui n'ont délivré qu'un ou deux médicaments.
Le laboratoire de Johnson travaille maintenant sur des particules qui transportent quatre médicaments, et les chercheurs prévoient également de marquer les particules avec des molécules qui leur permettront de se loger dans les cellules tumorales en interagissant avec les protéines présentes à la surface des cellules.
Johnson envisage également que la capacité de produire de manière fiable de grandes quantités de nanoparticules porteuses de plusieurs médicaments permettra de tester à grande échelle de nouveaux traitements possibles contre le cancer. "Il est important de pouvoir fabriquer rapidement et efficacement des particules avec différents ratios de plusieurs médicaments, afin que vous puissiez les tester pour leur activité, " dit-il. " Nous ne pouvons pas faire une seule particule, nous devons être capables de faire des ratios différents, ce que notre méthode peut facilement faire."
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.
