Les énormes doses de médicaments nécessaires pour lutter contre le cancer pourraient être réduites grâce aux travaux des chercheurs d'A*STAR, et les médicaments eux-mêmes peuvent devenir plus efficaces. Les chercheurs ont mis au point un « échafaudage » polymère qui aide les médicaments qui ont souvent du mal à pénétrer dans la circulation sanguine, tels que les agents anticancéreux, forment des nanoparticules très stables avec une biodisponibilité améliorée.

De nombreux médicaments qui ciblent les cellules tumorales sont fabriqués à partir de molécules d'hydrocarbures hydrofuges, qui nécessitent un traitement supplémentaire ou des débits de doses élevés pour pénétrer dans les environnements biologiques aqueux. Une alternative plus sûre consiste à « nanodimensionner » les produits pharmaceutiques en 10 à 1, 000 nanomètres de particules utilisant soit des techniques de broyage mécanique, soit des techniques spéciales de cristallisation. Ces médicaments extra-petits glissent facilement dans l'eau et sont efficaces contre les tumeurs, mais il est difficile de les empêcher de s'agglomérer en de plus gros précipités avec moins de puissance.

Ulrike Wais et Alexander Jackson de l'A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences et Haifei Zhang de l'Université de Liverpool ont développé un moyen de réduire les problèmes d'agglomération en utilisant du poly(éthylène glycol) et de l'acrylamide (PEG-PNIPAM), des polymères biocompatibles qui sont très solubles dans l'eau et peuvent stabiliser les molécules hydrofuges car elles ont des chaînes hydrocarbonées similaires à celles des tensioactifs.

L'équipe a synthétisé le PEG-PNIPAM en sphères « hyperramifiées » qui sont renforcées par de courtes molécules de réticulation de carbone. Ils ont ensuite mélangé les sphères avec des composés médicamenteux d'essai tels que l'ibuprofène et les ont mélangés ensemble pour créer une émulsion entre les composants hydrofuges et attirant l'eau.

L'étape suivante nécessitait un moyen de lyophiliser l'émulsion afin qu'elle puisse être pulvérisée en nanoparticules, mais cela impliquait de résoudre un problème de traitement délicat. « Si la séparation des phases se produit avant que l'échantillon ne soit complètement congelé, des cristaux de médicament se forment qui ne sont ni nanométriques ni stabilisés contre l'agglomération par l'échafaudage, " explique Wais.

Les chercheurs ont empêché la séparation des phases pendant la lyophilisation en s'assurant que l'émulsification était extrêmement uniforme avant de la pulvériser sous forme de minuscules gouttelettes dans un bassin d'azote liquide. La diffusion dynamique de la lumière et l'analyse par microscopie électronique à balayage de l'émulsion solidifiée ont révélé que les médicaments et les sphères polymères s'étaient intégrés dans un matériau poreux, structure en forme d'échafaudage.

Après broyage mécanique de l'émulsion lyophilisée en nanostructures médicamenteuses, les chercheurs ont découvert que leur structure ouverte permettait de les dissoudre facilement dans l'eau. Par ailleurs, les médicaments pourraient être transformés en nanoparticules avec des rendements de 100 % en utilisant des niveaux étonnamment bas de sphères PEG-PNIPAM.

"La structure du polymère et le niveau de ramification affectent directement la stabilisation des nanoparticules de médicament. Cette méthode nous donne un moyen de l'étudier systématiquement, " dit Jackson. Il note que cette méthode est synthétiquement simple et pourrait être appliquée à un large éventail de produits pharmaceutiques.