La forme cubique améliore l'interaction des particules polymères couche par couche avec les cellules du cancer du sein. Matériaux de santé avancés, 2015, Vol. 17, couverture avant. Crédit :Wiley-VCH Verlag GmbH &Co. KGaA.
Eugenia Kharlampieva, chercheuse de l'Université d'Alabama à Birmingham, Doctorat., fabrique des microcapsules polymères destinées à transporter des médicaments anticancéreux jusqu'au site d'une tumeur. Travaillant dans le département de chimie de l'UAB à l'intersection de la chimie des polymères, nanotechnologies et sciences biomédicales, elle crée de nouvelles particules « intelligentes » qui fourniront une administration contrôlée de médicaments thérapeutiques. Spécifiquement, elle a découvert que les changements de forme ou d'élasticité de ces minuscules porteurs influencent grandement leur capacité à surmonter les obstacles à l'administration de médicaments qui se situent entre une injection dans une veine et l'engloutissement dans une cellule cancéreuse.
Dans un article récent, Kharlampieva et ses collègues ont comparé quatre microcapsules différentes :cubes ou sphères rigides, et des cubes ou sphères élastiques - pour voir comment ils se comportent contre trois défis. La première consiste à éviter l'engloutissement par les cellules immunitaires macrophages saines qui agissent comme des vigies et des premiers défenseurs contre les agents pathogènes étrangers qui pénètrent dans le corps. La seconde est la capacité de se faufiler à travers les minuscules ouvertures dans les parois des vaisseaux sanguins malsains pour atteindre les cellules tumorales. Le troisième est absorbé par les cellules tumorales, où ils peuvent livrer leur charge utile de chimiothérapie.
Dans les expériences in vitro, l'équipe a trouvé des gagnants clairs. Pour le défi des macrophages, les sphères et cubes élastiques étaient bien meilleurs pour éviter l'engloutissement par rapport aux sphères et cubes solides. Cela signifie potentiellement moins de dommages aux cellules saines du système immunitaire et une demi-vie plus longue dans la circulation sanguine pour les microcapsules thérapeutiques élastiques.
"Nous voulons qu'ils restent loin des macrophages, qui sont comme les soldats qui nettoient le sang, " a déclaré Kharlampieva. "Nous avons constaté que les particules creuses sont beaucoup plus élastiques, et ils ne sont pas absorbés par les macrophages, ce qui est fantastique."
Dans le défi de se faufiler à travers de minuscules ouvertures, les sphères et cubes élastiques étaient encore bien meilleurs que les microcapsules solides. Les parois des vaisseaux sanguins microscopiques des tumeurs ont des ouvertures comprises entre 300 nanomètres et 1,2 micromètres. Les chercheurs ont découvert que les microcapsules élastiques, qui font 2 micromètres de large, pouvait se faufiler à travers des pores deux à trois fois plus petits que le diamètre des particules. Et après s'être frayé un chemin, les microcapsules ont retrouvé leurs formes de sphères ou de cubes.
Dans les tests d'absorption dans les cellules cancéreuses du sein, les cubes - qu'ils soient solides ou élastiques - ont montré une plus grande absorption, peut-être parce que les parois planes ont une plus grande surface de contact avec les cellules.
Ainsi, globalement, les chercheurs écrivent, "Nos données montrent que les capsules cubiques élastiques possèdent des caractéristiques biologiques importantes, ce qui peut justifier leur développement ultérieur pour le traitement du cancer."
Image de microscopie confocale à balayage laser de cellules humaines de cancer du sein SUM159 incubées avec des capsules cubiques pendant 24 heures. Les noyaux cellulaires sont colorés en bleu, le squelette cellulaire est coloré en vert, et les capsules sont marquées avec un fluorophore rouge. Crédit :E. Kharlampieva
La prochaine étape pour Kharlampieva et ses collègues sera de tester la signification biologique, en examinant comment les changements de forme et d'élasticité affectent le destin et les destinations de ces microcapsules polymères dans le sang des souris.
Des détails
Pour fabriquer les sphères et cubes, Kharlampieva et ses collègues commencent par des échafaudages solides, soit une particule sphérique de dioxyde de silicium, soit un cristal cubique de carbonate de manganèse. Ils enrobent ensuite les particules de cinq bicouches de polymères, utilisant de l'acide tannique et de la poly(N-vinylpyrrolidone). Pour les microcapsules solides, ils laissent les échafaudages en place. Pour les microcapsules élastiques, ils enlèvent les échafaudages avec un acide ou un agent chélatant.
Les microcapsules résultantes sont solubles dans l'eau, non toxique et biodégradable, qui leur convient pour le travail de délivrance contrôlée de médicaments, et les parois polymères de ces formes n'ont que 50 nanomètres d'épaisseur. Leur élasticité est mesurée au microscope à force atomique, et ils sont si petits qu'une ligne de 12, 700 des microcapsules mesureraient 1 pouce.
L'enquête de Kharlampieva sur les effets de la forme et de l'élasticité vient de la simple observation que les cellules du corps qui voyagent dans la circulation sanguine ne sont pas sphériques et sont assez élastiques.
Le papier, "La forme cubique améliore l'interaction des particules polymères couche par couche avec les cellules cancéreuses du sein, " a été publié dans Matériaux de santé avancés .
