Les nanoparticules offrent un moyen prometteur d'administrer des médicaments contre le cancer de manière ciblée, aider à tuer les tumeurs tout en épargnant les tissus sains. Cependant, la plupart des nanoparticules qui ont été développées jusqu'à présent se limitent à ne transporter qu'un ou deux médicaments.

Les chimistes du MIT ont maintenant montré qu'ils peuvent emballer trois médicaments ou plus dans un nouveau type de nanoparticule, leur permettant de concevoir des thérapies combinées personnalisées pour le cancer. Dans des tests sur des souris, les chercheurs ont montré que les particules pouvaient délivrer avec succès trois médicaments de chimiothérapie et réduire les tumeurs.

Dans la même étude, qui paraît dans le numéro du 14 septembre du Journal de l'American Chemical Society , les chercheurs ont également montré que lorsque les médicaments sont délivrés par des nanoparticules, ils ne fonctionnent pas nécessairement par le même mécanisme d'endommagement de l'ADN que lorsqu'ils sont livrés sous leur forme traditionnelle.

C'est important car la plupart des scientifiques supposent généralement que les médicaments à base de nanoparticules fonctionnent de la même manière que les médicaments d'origine, dit Jérémie Johnson, le professeur agrégé Firmenich Career Development de chimie et l'auteur principal de l'article. Même si la version nanoparticulaire du médicament tue toujours les cellules cancéreuses, il est important de connaître le mécanisme d'action sous-jacent lors du choix des thérapies combinées et de la recherche de l'approbation réglementaire de nouveaux médicaments, il dit.

"Les gens ont tendance à tenir pour acquis que lorsque vous mettez un médicament dans une nanoparticule, c'est le même médicament, juste dans une nanoparticule, " dit Johnson. " Tiens, en collaboration avec Mike Hemann, nous avons effectué une caractérisation détaillée à l'aide d'un test d'interférence ARN que Mike a développé pour s'assurer que le médicament atteint toujours la même cible dans la cellule et fait tout ce qu'il ferait s'il n'était pas dans une nanoparticule. »

Les auteurs principaux de l'article sont Jonathan Barnes, un ancien post-doctorant du MIT; et Pierre Bruno, un post-doctorat au Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT. Les autres auteurs sont les étudiants diplômés Hung Nguyen et Jenny Liu, ancien post-doctorant Longyan Liao, et Michael Hemann, professeur agrégé de biologie et membre de l'Institut Koch.

Contrôle précis

La nouvelle technique de production de nanoparticules, que le laboratoire de Johnson a signalé pour la première fois en 2014, diffère des autres méthodes qui encapsulent des médicaments ou les attachent chimiquement à une particule. Au lieu, l'équipe du MIT crée des particules à partir de blocs de construction qui contiennent déjà des molécules médicamenteuses. Ils peuvent réunir les éléments constitutifs dans une structure spécifique et contrôler avec précision la quantité de chaque médicament incorporé.

"Nous pouvons prendre n'importe quel médicament, tant qu'il a un groupe fonctionnel [un groupe d'atomes qui permet à une molécule de participer à des réactions chimiques], et nous pouvons le charger dans nos particules exactement dans le rapport que nous voulons, et le faire sortir dans les conditions exactes que nous souhaitons, " dit Johnson. " C'est très modulaire. "

Un avantage clé est que cette approche peut être utilisée pour délivrer des médicaments qui ne peuvent normalement pas être encapsulés par des méthodes traditionnelles.

En utilisant les nouvelles particules, les chercheurs ont administré des doses de trois médicaments chimiothérapeutiques :le cisplatine, doxorubicine, et la camptothécine—à des concentrations qui seraient toxiques si elles étaient administrées par injection dans tout le corps, comme le sont généralement les médicaments de chimiothérapie. Chez les souris ayant reçu ce traitement, les tumeurs ovariennes ont diminué et les souris ont survécu beaucoup plus longtemps que les souris non traitées, avec peu d'effets secondaires.

« Réaliser une chimiothérapie combinée à l'aide de ces nouvelles nanoparticules de polymère de conception est une nouvelle approche passionnante de la chimiothérapie, et cette plateforme polymère est particulièrement prometteuse pour sa capacité à transporter une charge importante de médicaments et à les délivrer de manière déclenchée, de manière contrôlée, " dit Todd Emrick, un professeur de science et d'ingénierie des polymères à l'Université du Massachusetts à Amherst qui n'a pas participé à l'étude.

Mécanisme inattendu

En utilisant une méthode développée par le laboratoire de Hemann, les chercheurs ont ensuite étudié comment leurs médicaments à base de nanoparticules affectent les cellules. La technique mesure les effets des médicaments anticancéreux sur plus de 100 gènes impliqués dans la mort cellulaire programmée souvent déclenchée par les médicaments anticancéreux. Cela permet aux scientifiques de classer les médicaments en fonction des groupes de gènes qu'ils affectent.

"Les médicaments qui endommagent l'ADN sont regroupés en agents induisant des dommages à l'ADN, et les médicaments qui inhibent les topoisomérases se regroupent dans une autre région, " dit Johnson. " Si vous avez un médicament dont vous ne connaissez pas le mécanisme, vous pouvez faire ce test et voir si le médicament se regroupe avec d'autres médicaments dont les actions sont connues. Cela vous permet de faire une hypothèse sur ce que fait la drogue inconnue. »

Les chercheurs ont découvert que la camptothécine et la doxorubicine délivrées par des nanoparticules fonctionnaient exactement comme prévu. Cependant, le cisplatine ne l'a pas fait. Le cisplatine agit normalement en liant des brins adjacents d'ADN, causant des dommages presque impossibles à réparer par la cellule. Lorsqu'il est livré sous forme de nanoparticules, les chercheurs ont découvert que le cisplatine agit davantage comme un autre médicament à base de platine connu sous le nom d'oxaliplatine. Ce médicament tue également les cellules, mais par un mécanisme différent :il se lie à l'ADN mais induit un schéma différent de dommages à l'ADN.

Les chercheurs émettent l'hypothèse qu'après la libération du cisplatine de la nanoparticule, via une réaction qui déclenche un groupe appelé carboxylate, le groupe carboxylate se rattache ensuite d'une manière qui fait que le médicament agit davantage comme l'oxaliplatine. De nombreux autres chercheurs attachent le cisplatine aux nanoparticules de la même manière, Johnson soupçonne donc que cela pourrait être un problème plus répandu.

Son laboratoire travaille actuellement sur une nouvelle version de la nanoparticule de cisplatine qui fonctionne selon le même mécanisme que le cisplatine ordinaire. L'équipe développe également des nanoparticules avec différentes combinaisons de médicaments pour tester contre le pancréas et d'autres types de cancers.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.