Une équipe de chercheurs a créé un nouveau système implantable d'administration de médicaments utilisant des nanofils pouvant être contrôlés sans fil.

Les nanofils répondent à un champ électromagnétique généré par un dispositif séparé, qui peut être utilisé pour contrôler la libération d'un médicament préchargé. Le système élimine les tubes et les fils requis par d'autres dispositifs implantables qui peuvent entraîner une infection et d'autres complications, a déclaré le chef d'équipe Richard Borgens, Mari Hulman George de l'Université Purdue, professeur de neurosciences appliquées et directeur du Centre de recherche sur la paralysie de Purdue.

"Cet outil nous permet d'appliquer les médicaments au besoin directement sur le site de la blessure, qui pourraient avoir de larges applications médicales, " a déclaré Borgens. " La technologie en est aux premiers stades des tests, mais nous espérons que cela pourra un jour être utilisé pour administrer des médicaments directement aux lésions de la moelle épinière, ulcérations, lésions osseuses profondes ou tumeurs, et évitez les terribles effets secondaires du traitement systémique avec des stéroïdes ou de la chimiothérapie."

L'équipe a testé le système d'administration du médicament chez des souris présentant des lésions de compression de la moelle épinière et a administré le corticostéroïde dexaméthasone. L'étude a mesuré un marqueur moléculaire de l'inflammation et de la formation de cicatrices dans le système nerveux central et a constaté qu'il était réduit après une semaine de traitement. Un article détaillant les résultats sera publié dans un prochain numéro de la Journal de la libération contrôlée et est actuellement disponible en ligne.

Les nanofils sont en polypyrrole, un matériau polymère conducteur qui réagit aux champs électromagnétiques. Wen Gao, un chercheur postdoctoral au Centre de recherche sur la paralysie qui a travaillé sur le projet avec Borgens, faire croître les nanofils verticalement sur une fine base d'or, comme de minuscules fibres constituant un morceau de tapis à poils longs des centaines de fois plus petit qu'une cellule humaine. Les nanofils peuvent être chargés d'un médicament et, lorsque le champ électromagnétique correct est appliqué, les nanofils libèrent de petites quantités de la charge utile. Ce processus peut être démarré et arrêté à volonté, comme actionner un interrupteur, en utilisant le dispositif de stimulation de champ électromagnétique correspondant, dit Borgens.

Les chercheurs ont capturé et transporté un morceau du tapis de nanofils sur des gouttelettes d'eau qui ont été utilisées pour l'acheminer sur le site de la blessure. Les patchs de nanofils adhèrent au site de la blessure par tension superficielle, dit Gao.

L'amplitude et la forme d'onde du champ électromagnétique doivent être réglées pour obtenir la libération optimale du médicament, et les mécanismes précis qui libèrent le médicament ne sont pas encore bien compris, elle a dit. L'équipe étudie le processus de libération.

Le champ électromagnétique affecte probablement l'interaction entre le nanomatériau et les molécules de médicament, dit Borgens.

"Nous pensons que c'est une combinaison d'effets de charge et de changement de forme du polymère qui lui permet de stocker et de libérer des médicaments, " at-il dit. " C'est un processus réversible. Une fois le champ électromagnétique supprimé, le polymère revient à l'architecture initiale et retient les molécules médicamenteuses restantes."

Pour chaque médicament différent, l'équipe aurait besoin de trouver le champ électromagnétique optimal correspondant pour sa libération, dit Gao.

Cette étude s'appuie sur les travaux antérieurs de Borgens et Gao. Gao a d'abord dû comprendre comment faire pousser du polypyrrole dans une longue architecture verticale, ce qui lui permet de contenir de plus grandes quantités d'un médicament et prolonge la période de traitement potentielle. L'équipe a ensuite démontré qu'il pouvait être manipulé pour libérer de la dexaméthasone à la demande. Un document détaillant le travail, intitulé "Action à distance :administration fonctionnelle de médicaments à l'aide de nanofils de polypyrrole sensibles au champ électromagnétique, " a été publié dans la revue Langmuir .

Les autres membres de l'équipe impliqués dans la recherche comprennent John Cirillo, qui a conçu et construit le système de stimulation du champ électromagnétique ; Youngnam Cho, un ancien membre du corps professoral du Centre de recherche sur la paralysie de Purdue; et Jianming Li, un professeur assistant de recherche au centre.

Pour l'étude la plus récente, l'équipe a utilisé des souris qui avaient été génétiquement modifiées de telle sorte que la protéine Glial Fibrillary Acidic Protein, ou GFAP, est luminescent. La GFAP est exprimée dans des cellules appelées astrocytes qui se rassemblent en grand nombre lors de lésions du système nerveux central. Les astrocytes font partie du processus inflammatoire et forment un tissu cicatriciel, dit Borgens.

Un patch de 1 à 2 millimètres de nanofils dopés à la dexaméthasone a été placé sur des lésions de la moelle épinière qui avaient été exposées chirurgicalement, dit Borgens. Les lésions ont ensuite été fermées et un champ électromagnétique a été appliqué pendant deux heures par jour pendant une semaine. À la fin de la semaine, les souris traitées avaient un signal GFAP plus faible que les groupes témoins, qui comprenait des souris qui n'avaient pas été traitées et celles qui avaient reçu un patch de nanofils mais n'avaient pas été exposées au champ électromagnétique. Dans certains cas, les souris traitées n'avaient pas de signal GFAP détectable.

On n'a pas étudié si la réduction des astrocytes avait un impact significatif sur la cicatrisation de la moelle épinière ou les résultats fonctionnels. En outre, la concentration de médicament maintenue pendant le traitement n'est pas connue car elle est inférieure aux limites de détection systémique, dit Borgens.

« Cette méthode permet une très, très petite dose d'un médicament pour servir efficacement de grande dose là où vous en avez besoin, " a déclaré Borgens. " Au moment où le médicament se diffuse du site vers le reste du corps, il est en quantités indétectables dans les tests habituels pour surveiller la concentration de médicaments dans le sang. "

Le polypyrrole est un matériau inerte et biocompatible, mais l'équipe travaille à créer une forme biodégradable qui se dissoudrait après la fin de la période de traitement, il a dit.

L'équipe essaie également d'augmenter la profondeur à laquelle le dispositif d'administration de médicament fonctionnera. Le système actuel semble limité à une profondeur dans les tissus inférieure à 3 centimètres, dit Gao.