Les nanoparticules ont été présentées comme une « technologie perturbatrice » potentielle en biomédecine, une plateforme polyvalente qui pourrait supplanter les technologies conventionnelles, à la fois comme véhicules d'administration de médicaments et outils de diagnostic.

D'abord, cependant, les chercheurs doivent démontrer la désintégration au bon moment de ces structures extrêmement petites, un processus essentiel pour leur performance et leur capacité à être éliminés en toute sécurité du corps d'un patient une fois son travail terminé. Une nouvelle étude présente une méthode unique pour mesurer directement la dégradation des nanoparticules en temps réel dans les environnements biologiques.

« Les nanoparticules sont fabriquées avec des conceptions et des propriétés très diverses, mais tous doivent être finalement éliminés du corps après avoir terminé leur tâche, " a déclaré le chercheur en cardiologie Michael Chorny, Doctorat., de l'Hôpital pour enfants de Philadelphie (CHOP). « Nous proposons une nouvelle méthode pour analyser et caractériser le désassemblage des nanoparticules, comme une étape nécessaire dans la traduction des nanoparticules en usage clinique."

Chorny et ses collègues ont décrit cette nouvelle méthodologie dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , publié en ligne le 3 mars 2014, et dans le numéro imprimé du 18 mars.

L'équipe CHOP étudie depuis longtemps les nanoparticules biodégradables pour des applications médicales. Avec des diamètres allant de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres, ces particules sont 10 à 1000 fois plus petites que les globules rouges (un nanomètre équivaut à un millionième de millimètre). Un défi majeur consiste à surveiller en permanence le devenir des nanoparticules dans des environnements biologiques modèles et dans des cellules vivantes sans perturber les fonctions cellulaires.

"Mesurer avec précision le désassemblage des nanoparticules en temps réel directement dans les milieux d'intérêt, comme l'intérieur d'une cellule vivante ou d'autres types de milieu biologique complexe, met au defie. Notre objectif ici était de développer une telle méthode non invasive fournissant des résultats impartiaux, ", a déclaré Chorny. "Ces résultats aideront les chercheurs à personnaliser les formulations de nanoparticules pour des applications thérapeutiques et diagnostiques spécifiques."

L'équipe d'étude a utilisé un phénomène physique appelé transfert d'énergie de résonance de Förster, ou FRET, comme une sorte de règle moléculaire pour mesurer la distance entre les composants de leurs particules.

Pour ça, les chercheurs ont étiqueté leurs formulations avec des sondes fluorescentes présentant le transfert d'énergie sans rayonnement, c'est à dire., FRETTE, lorsqu'il est situé dans la même particule. Ce processus se traduit par un modèle spécial de fluorescence, une "empreinte digitale" de particules physiquement intactes, qui disparaît progressivement au fur et à mesure du démontage des particules. Ce changement des propriétés fluorescentes des nanoparticules peut être suivi directement sans séparer les particules de leur environnement, permettant sans distorsion, mesures continues de leur intégrité.

« Les molécules doivent être très proches les unes des autres, à quelques nanomètres de distance, pour que le transfert d'énergie ait lieu, " a déclaré Chorny. "Les changements dans les modèles de fluorescence reflètent de manière sensible la cinétique du désassemblage des nanoparticules. Sur la base de ces résultats, nous pouvons améliorer la conception des particules afin de les rendre plus sûres et plus efficaces."

Le taux de démontage est très pertinent pour des applications potentielles spécifiques. Par exemple, certaines nanoparticules pourraient être porteuses d'un médicament destiné à une action rapide, tandis que d'autres devraient garder le médicament protégé et libéré de manière contrôlée au fil du temps. Adapter les propriétés de formulation pour ces tâches peut nécessiter d'ajuster soigneusement le délai de désassemblage des nanoparticules. C'est là que cette technique peut devenir un outil précieux, facilitant grandement le processus d'optimisation

Dans l'étude actuelle, les scientifiques ont analysé comment les nanoparticules se désintégraient à la fois dans des milieux liquides et semi-liquides, et dans les cellules vasculaires simulant le devenir des particules utilisées pour administrer la thérapie aux vaisseaux sanguins blessés. "Nous avons découvert que le démontage est susceptible de se produire plus rapidement au début du processus de guérison des vaisseaux et de ralentir plus tard. Cela peut avoir des implications pour la conception de nanoparticules destinées au médicament ciblé, thérapie génique ou cellulaire des maladies vasculaires, " dit Chorny.

Chorny et ses collègues étudient depuis longtemps l'utilisation de nanoparticules formulées en tant que vecteurs délivrant des médicaments antiprolifératifs et des produits biothérapeutiques aux vaisseaux sanguins sujets à une resténose dangereuse (re-blocage). Beaucoup de ces études, dans le laboratoire de recherche en cardiologie du co-auteur du CHOP, Robert J. Levy, MARYLAND., utiliser des champs magnétiques externes pour guider des nanoparticules imprégnées d'oxyde de fer vers des stents artériels métalliques, échafaudages étroits implantés dans les vaisseaux sanguins.

Les recherches en cours, dit Chorny, tout en étant immédiatement pertinent pour le traitement de la resténose et l'administration magnétiquement guidée, a des applications potentielles beaucoup plus larges. "Les nanoparticules pourraient être formulées avec des agents de contraste pour l'imagerie diagnostique, ou pourrait administrer des médicaments anticancéreux à une tumeur, ", a-t-il déclaré. "Notre outil de mesure peut aider les chercheurs à développer et à optimiser leurs formulations de nanomédecine pour une gamme d'utilisations médicales."