Depuis plus d'une décennie, les chercheurs biomédicaux ont cherché de meilleurs moyens d'administrer des médicaments anticancéreux directement aux tumeurs du corps. Petites gélules, appelées nanoparticules, sont maintenant utilisés pour transporter des médicaments de chimiothérapie dans la circulation sanguine, aux portes des tumeurs cancéreuses. Mais trouver le meilleur moyen pour les particules de franchir la "corde de velours" de la tumeur et d'entrer dans la tumeur est un défi que les scientifiques sont toujours en train de relever. Les chercheurs de l'Université Drexel pensent que l'astuce pour accéder aux masses cellulaires pernicieuses est de donner aux nanoparticules un nouveau look et que le pansement pour impressionner sera capable de les faire passer au-delà des videurs biologiques de la tumeur.

La thérapie ciblée contre le cancer est plus efficace lorsque le médicament est libéré aussi près que possible de l'intérieur d'une tumeur, augmenter ses chances de pénétrer et de tuer les cellules cancéreuses. Le défi auquel sont confrontés les chercheurs sur le cancer depuis des années est de créer un véhicule d'administration suffisamment solide pour acheminer en toute sécurité le médicament dans la circulation sanguine jusqu'aux tumeurs - ce qui n'est pas facile - mais qui est également suffisamment souple pour se faufiler à travers l'espace extracellulaire dense de la tumeur - une matrice bourrée de sucres appelée acide hyaluronique.

Dans une recherche récemment publiée dans la revue Lettres nano , l'auteur principal Hao Cheng, Doctorat, un professeur assistant avec un rendez-vous au Collège d'ingénierie de Drexel, et affiliation à l'École de génie biomédical, Sciences et systèmes de santé ; rapporte que le moyen de franchir la porte d'entrée de la tumeur a tout à voir avec la façon dont la minuscule particule est adaptée au voyage.

"Ce que nous avons rapporté ici est une stratégie pour surmonter les barrières biologiques qui entravent l'administration des médicaments, tels que la clairance non véhiculaire dans la circulation sanguine par le système immunitaire de l'hôte, et diffusion inefficace dans la matrice extracellulaire des cellules tumorales, " Cheng a déclaré. " C'est une stratégie unique qui implique la décoration de nanovéhicules avec des enzymes connues pour décomposer l'acide hyaluronique, qui est une barrière principale dans l'espace extracellulaire, et l'ajout d'une couche supplémentaire de polyéthylène glycol pour recouvrir partiellement les enzymes."

Dans l'article intitulé "Hyaluronidase Embedded in Nanocarrier PEG Shell for Enhanced Tumor Penetration and Highly Efficient Antitumor Efficacy, " le groupe rapporte que leur méthode est quatre fois plus efficace pour envoyer des nanoparticules dans une tumeur solide que l'une des meilleures stratégies actuellement utilisées. Lorsque le médicament contre le cancer est chargé dans la minuscule particule, il a été démontré qu'il inhibe la croissance d'un type de cancer du sein agressif.

L'équipe, qui comprenait également les chercheurs Wilbur Bowne, MARYLAND, professeur agrégé au Drexel's College of Medicine; Dimitrios Arhontoulis, un premier cycle à l'École de génie biomédical de Drexel, Sciences et systèmes de santé ; l'auteur principal Hao Zhou et Zhiyuan Fan, doctorants, Junjie Deng, Doctorat, chercheurs postdoctoraux, et Pelin Citrons, un étudiant diplômé, tous dans le département de science et génie des matériaux de la faculté d'ingénierie, a créé sa combinaison de nanoparticules en commençant par celle qui est courante dans ce domaine de la recherche sur le cancer et en apportant quelques modifications clés.

« Dans la conception générale des nanoparticules, des molécules bioactives - non limitées aux enzymes - étaient fixées sur la couche la plus externe de particules, ", a déclaré Cheng. "Ces enzymes peuvent dégrader la matrice extracellulaire et améliorer la capacité des nanoparticules à pénétrer dans les tumeurs solides."

Mais dans le corps, cette cargaison supplémentaire peut causer des problèmes. L'un des problèmes est que la fixation d'enzymes aux nanoparticules pourrait les amener à court-circuiter la tumeur et à être éliminées par la circulation sanguine avant d'administrer le médicament. Il est également possible que le voyage dans la circulation sanguine rende les enzymes inertes.

Pour contrer ces problèmes et maintenir le cap sur les nanoparticules, l'équipe a décidé d'ajouter une couche supplémentaire qui protège non seulement la précieuse charge utile, mais positionne également les enzymes pour un impact maximum.

"La nouveauté de notre conception est que nous avons partiellement intégré les enzymes hyaluronidase dans une deuxième couche de polyéthylène glycol pour former l'enveloppe externe de la nanoparticule, " a déclaré Cheng. " Cette conception réduit considérablement l'effet des enzymes sur le ralentissement de la circulation de la particule et permet aux enzymes de maintenir leur fonction après la diffusion de la particule dans la tumeur. "

L'incorporation des enzymes dans les couches de polyéthylène glycol (PEG) garantit que l'apparence de la nanoparticule incite le système immunitaire à la laisser seule pendant son voyage vers la tumeur, encore et encore permet à la particule de traiter tout acide hyaluronique qu'elle rencontre lors de sa pénétration dans la tumeur. D'autres chercheurs ont testé une théorie qui expose d'abord les tumeurs aux enzymes, puis aux nanoparticules, mais ce n'est pas aussi efficace que la méthode de Cheng, car les nanoparticules développées à Drexel retiennent les enzymes pendant la durée de leur diffusion dans les tumeurs, minimisant la dégradation inutile de l'acide hyaluronique.

"La dégradation de l'acide hyaluronique supprime la barrière de diffusion des nanoparticules et leur permet d'accéder à plus de cellules cancéreuses, " a déclaré Cheng. " La diffusion améliorée augmente également l'accumulation de nanoparticules dans les tumeurs, et plus il y a de nanoparticules qui pénètrent dans les tumeurs, plus elles sont efficaces pour réduire sa taille."

Dans le cadre de la recherche, l'équipe a testé sa nanoparticule contre des concurrents qui n'avaient pas de deuxième couche de polyéthylène glycol et ceux qui n'avaient pas d'enzymes dégradant l'ECM. Il n'est pas surprenant que leur nanoparticule soit plus performante à la fois dans les tumeurs pénétrantes et dans l'accumulation dans les cellules cancéreuses.

"C'est excitant, un nouveau système d'administration de médicaments à base de nanoparticules améliorera l'administration d'agents anticancéreux, renforcer l'activité anticancéreuse pour améliorer les résultats pour les patients, " a déclaré Bowne. Il prévoit un énorme potentiel pour cette stratégie dans le cadre néoadjuvant et adjuvant pour un certain nombre de cancers difficiles à traiter tels que le sein localement avancé, cancers gastro-intestinaux du pancréas et des mucines.