Lorsqu'il s'agit de livrer des médicaments, les nanoparticules en forme de bâtonnets et de vers sont le meilleur pari pour faire le voyage intimidant au centre d'une cellule, une nouvelle recherche australienne suggère.

Une nouvelle étude publiée dans Nature Nanotechnologie a répondu à une question de longue date qui pourrait conduire à la conception de meilleurs véhicules d'administration de médicaments :comment la forme des nanoparticules affecte le voyage à travers la cellule.

"Nous avons pu montrer pour la première fois que les nanoparticules en forme de bâtonnets et de vers étaient plus efficaces que les nanoparticules sphériques pour traverser les barrières intracellulaires et cela leur a permis de pénétrer jusqu'au noyau de la cellule, ", déclare Elizabeth Hinde, auteure principale de l'UNSW.

L'étude a été menée par des chimistes, ingénieurs, et des chercheurs médicaux de l'UNSW dans le cadre d'une collaboration entre le Centre d'excellence du Conseil de recherche australien en imagerie moléculaire avancée et le Centre d'excellence du Conseil de recherche australien en sciences bio-nano. Les centres ont tous deux leur siège à l'Université Monash, avec des nœuds de recherche à l'UNSW à Sydney.

L'équipe a appliqué pour la première fois une nouvelle méthode de microscopie à l'administration de médicaments, ce qui leur a permis de suivre le mouvement de nanoparticules de formes différentes à travers une seule cellule cancéreuse en culture, avec une très haute résolution temporelle et spatiale. En utilisant cette méthode, les chercheurs ont pu identifier où les drogues étaient libérées, et comment ils se propagent dans toute la cellule.

Ils ont découvert que le médicament contre le cancer, doxorubicine, était plus efficace lorsqu'il pouvait franchir la barrière cellulaire solide mais poreuse protégeant le noyau - le centre de contrôle de la cellule. Surtout, ils ont découvert qu'une forme de nanoparticules influençait la façon dont le médicament franchissait la barrière.

Dr Hinde, un chercheur associé sur l'imagerie CoE, dit que les chercheurs pouvaient auparavant voir la distribution globale de leurs nanoparticules dans une cellule, mais n'avait pas les outils de microscopie pour comprendre comment cette localisation a été mise en place - une limitation clé dans la recherche sur l'administration de médicaments.

« Vous devez savoir comment les choses arrivent à leur destination finale afin de les cibler là-bas. Nous avons maintenant un outil pour suivre cet incroyable voyage au centre de la cellule. Cela signifie que d'autres groupes de recherche peuvent l'utiliser pour évaluer leurs nanoparticules et leurs médicaments. Systèmes de livraison.

"Ils seront capables de déterminer comment adapter leurs particules pour atteindre le noyau ou d'autres structures de la cellule, et jauger où la cargaison est déposée. Ce n'était pas possible avant."

La forme des choses à venir :tige, ver ou sphère ?

Les nanoparticules polymères joueront un rôle vital dans l'avenir de la médecine :ces particules ultra-minces peuvent transporter des médicaments pour aider à attaquer et à tuer les cellules cancéreuses, livrer sélectivement les médicaments là où ils sont nécessaires, et produire des percées dans le diagnostic et l'imagerie des maladies.

Les ingénieurs de l'UNSW ont fabriqué quatre types de nanoparticules :une en forme de tige, un comme un ver, et deux qui étaient de forme sphérique. Ceux-ci ont été marqués avec des étiquettes fluorescentes, et incubés dans des cellules cancéreuses. En combinant une nouvelle approche de microscopie à fluorescence avec une analyse statistique, l'équipe a pu créer une image claire de la façon dont chaque particule a traversé la cellule.

Alors que les particules sphériques étaient bloquées par l'enveloppe nucléaire, la tige et les particules en forme de ver ont pu passer à travers. Cela fournit une voie pour le développement de particules qui peuvent sélectivement cibler et tuer les cellules cancéreuses, sans blesser les personnes en bonne santé.

Le Dr Hinde explique :« Les cellules cancéreuses ont une architecture interne différente de celle des cellules saines. Si nous pouvons affiner les dimensions de ces nanoparticules en forme de bâtonnets, ils ne traversent donc que les barrières cellulaires des cellules cancéreuses et non des cellules saines, nous pouvons réduire certains des effets secondaires des chimiothérapies."

Opportunités pour d'autres groupes de chercheurs

"L'impact pour le terrain est énorme, ", explique le professeur Scientia Justin Gooding de l'UNSW et du Centre d'excellence de l'ARC en sciences bio-nano. "Cela nous donne la possibilité de regarder à l'intérieur de la cellule, voir ce que font les particules, et concevez-les pour qu'ils fassent exactement ce que nous voulons qu'ils fassent."

"Et ce n'est pas seulement grâce au microscope, mais les informations et les données que nous pouvons extraire des nouvelles procédures d'analyse que nous avons développées. Si d'autres groupes de recherche peuvent apprendre à faire cette analyse, ils peuvent utiliser l'équipement déjà dans leurs laboratoires et commencer demain, " dit le professeur Gooding. " Les gens vont voir, soudainement, qu'ils peuvent obtenir toutes sortes de nouvelles informations sur leurs particules."

Les chercheurs collaboreront bientôt avec le Dr John McGhee de UNSW Art &Design, qui combine des données scientifiques, images de microscopie, et une animation générée par ordinateur pour créer des rendus de réalité virtuelle de l'intérieur des cellules humaines et des vaisseaux sanguins.

Les œuvres d'art permettent aux chercheurs de visualiser et de faire des promenades en réalité virtuelle à travers le corps, et pourrait aider à accélérer le processus de développement de médicaments.