Une équipe de chercheurs de l'Université de Pennsylvanie a développé un modèle informatique qui aidera à la conception de nanotransporteurs, structures microscopiques utilisées pour guider les médicaments vers leurs cibles dans le corps. Le modèle rend mieux compte de la façon dont les surfaces des différents types de cellules ondulent en raison des fluctuations thermiques, informations sur les caractéristiques des nanoporteurs qui les aideront à rester suffisamment longtemps dans les cellules pour livrer leurs charges utiles.

L'étude a été dirigée par Ravi Radhakrishnan, professeur dans les départements de bio-ingénierie et de génie chimique et biomoléculaire de la Penn's School of Engineering and Applied Science, et Ramakrishnan Natesan, un membre de son laboratoire.

Richard Tourdot, un membre du laboratoire Radhakrishnan; David Eckmann, le professeur Horatio C. Wood d'anesthésiologie et de soins intensifs à la Penn's Perelman School of Medicine; Portonovo Ayyaswamy, le professeur Asa Whitney de génie mécanique et de mécanique appliquée à Penn Engineering; et Vladimir Muzykantov, professeur de pharmacologie à Penn Medicine.

Il a été publié dans la revue Science ouverte de la Royal Society .

Les nanocarriers peuvent être conçus avec des molécules à l'extérieur qui ne se lient qu'aux biomarqueurs trouvés sur un certain type de cellule. Ce type de ciblage pourrait réduire les effets secondaires, comme lorsque les médicaments de chimiothérapie détruisent les cellules saines au lieu des cellules cancéreuses, mais la biomécanique de ce processus de liaison est complexe.

Des travaux antérieurs de certains des chercheurs ont découvert une relation contre-intuitive qui suggérait que l'ajout de plus de molécules de ciblage sur la surface du nanosupport n'est pas toujours meilleur.

Un nanosupport avec plus de ces molécules de ciblage pourrait trouver et se lier à plusieurs des biomarqueurs correspondants à la fois. Bien qu'une telle configuration soit stable, il peut diminuer la capacité du nanosupport à distinguer les tissus sains des tissus malades. Avoir moins de molécules de ciblage rend le nanosupport plus sélectif, car il aura plus de difficulté à se lier aux tissus sains où les biomarqueurs correspondants ne sont pas surexprimés.

La nouvelle étude de l'équipe ajoute de nouvelles dimensions au modèle de l'interaction entre la surface cellulaire et le nanosupport.

"La surface de la cellule elle-même est comme une tente caravane un jour de vent dans un désert, " dit Radhakrishnan. " Plus il y a d'excès dans le tissu, plus le flottement de la tente. De la même manière, la zone de membrane cellulaire plus excédentaire sur les «poteaux de tente, ' le cytosquelette de la cellule, plus le flottement de la membrane dû au mouvement thermique est important."

L'équipe de Penn a découvert que différents types de cellules ont des quantités différentes de cette zone membranaire en excès et que ce paramètre mécanique régit la manière dont les nanosupports peuvent se lier à la cellule. Prise en compte du flottement de la membrane dans leurs modèles informatiques, en plus de la quantité de molécules de ciblage sur le nanosupport et de biomarqueurs à la surface cellulaire, a souligné l'importance de ces aspects mécaniques dans l'efficacité avec laquelle les nanotransporteurs peuvent livrer leurs charges utiles.

« Ces critères de conception, " Radhakrishnan a dit, "peut être utilisé dans la conception personnalisée de nanoporteurs pour un patient ou une cohorte de patients donné, montrant ainsi une voie importante à suivre pour la conception de nanocarriers personnalisés à l'ère de la médecine personnalisée."