Une puce microfluidique utilisée pour fabriquer des nanoparticules qui pourraient être utilisées pour administrer des gènes thérapeutiques à des organes spécifiques du corps. Crédit :Rob Felt, Géorgie Tech
En utilisant de minuscules extraits d'ADN comme « codes-barres, " les chercheurs ont développé une nouvelle technique pour cribler rapidement la capacité des nanoparticules à délivrer sélectivement des gènes thérapeutiques à des organes spécifiques du corps. La technique pourrait accélérer le développement et l'utilisation de thérapies géniques pour des tueurs tels que les maladies cardiaques, le cancer et la maladie de Parkinson.
Thérapies génétiques, tels que ceux fabriqués à partir d'ADN ou d'ARN, sont difficiles à délivrer dans les bonnes cellules du corps. Depuis 20 ans, les scientifiques ont développé des nanoparticules faites à partir d'un large éventail de matériaux et ont ajouté des composés tels que le cholestérol pour aider à transporter ces agents thérapeutiques dans les cellules. Mais le développement rapide des porteurs de nanoparticules s'est heurté à un goulot d'étranglement majeur :les nanoparticules doivent être testées, premier en culture cellulaire, avant qu'un très petit nombre de nanoparticules ne soit testé sur des animaux. Avec des millions de combinaisons possibles, l'identification de la nanoparticule optimale pour cibler chaque organe était très inefficace.
En utilisant des brins d'ADN de seulement 58 nucléotides, chercheurs de l'Université de Floride, Le Georgia Institute of Technology et le Massachusetts Institute of Technology ont développé une nouvelle technique de test qui ignore complètement les tests de culture cellulaire et pourrait permettre de tester simultanément des centaines de types différents de nanoparticules sur une poignée d'animaux.
La recherche originale a été effectuée dans les laboratoires de Robert Langer, le professeur de l'Institut David H. Koch, et Daniel Anderson, le professeur Samuel A. Goldsmith de biologie appliquée, au MIT. Soutenu par les National Institutes of Health, la recherche a été publiée le 6 février dans le journal Actes de l'Académie nationale des sciences .
"Nous voulons comprendre à un très haut niveau quels facteurs affectant la livraison de nanoparticules sont importants, " dit James Dahlman, professeur adjoint au département de génie biomédical Wallace H. Coulter de Georgia Tech et Emory University, l'un des anciens étudiants diplômés de Langer, auteur principal de l'étude, et l'un des auteurs correspondants de l'article. "Cette nouvelle technique nous permet non seulement de comprendre quels facteurs sont importants, mais aussi comment les facteurs de maladie affectent le processus."
Une image en gros plan montre une puce microfluidique utilisée pour fabriquer des nanoparticules qui pourraient être utilisées pour administrer des gènes thérapeutiques à des organes spécifiques du corps. Des liquides colorés ont été ajoutés pour mettre en valeur les canaux. Crédit :Rob Felt, Géorgie Tech
Pour préparer des nanoparticules à tester, les chercheurs insèrent un extrait d'ADN qui est attribué à chaque type de nanoparticule. Les nanoparticules sont ensuite injectées à des souris, dont les organes sont ensuite examinés pour la présence des codes-barres. En utilisant les mêmes technologies que les scientifiques utilisent pour séquencer le génome, de nombreuses nanoparticules peuvent être testées simultanément, chacun identifié par son code-barres ADN unique.
Les chercheurs s'intéressent non seulement aux nanoparticules qui délivrent les traitements les plus efficaces, mais aussi qui peuvent les délivrer sélectivement à des organes spécifiques. Thérapeutique ciblée sur les tumeurs, par exemple, doit être administré uniquement à la tumeur et non aux tissus environnants. Les produits thérapeutiques pour les maladies cardiaques devraient également s'accumuler sélectivement dans le cœur.
Alors qu'une grande partie de l'étude a été consacrée à la démonstration de stratégies de contrôle, les chercheurs ont testé comment 30 particules différentes étaient distribuées dans huit tissus différents d'un modèle animal. Cette « carte thermique » ciblant les nanoparticules a montré que certaines particules n'étaient pas du tout absorbées, tandis que d'autres sont entrés dans plusieurs organes. Les tests comprenaient des nanoparticules dont la sélectivité avait déjà été démontrée dans les poumons et le foie, et les résultats de la nouvelle technique étaient cohérents avec ce que l'on savait déjà sur ces nanoparticules.
Les séquences de code-barres d'ADN simple brin ont à peu près la même taille que les oligonucléotides antisens, microARN et siARN en cours de développement pour d'éventuelles utilisations thérapeutiques. D'autres thérapies génétiques sont plus larges, et des recherches supplémentaires seraient nécessaires pour déterminer si la technique pourrait être utilisée avec eux. Dans l'étude publiée cette semaine, les nanoparticules n'ont pas été utilisées pour délivrer des thérapeutiques actives, bien que ce soit une prochaine étape à court terme.
« Dans les travaux futurs, nous espérons fabriquer un millier de particules et au lieu de les évaluer trois à la fois, on espère en tester quelques centaines simultanément, " a déclaré Dahlman. " Les nanoparticules peuvent être très compliquées car pour chaque biomatériau disponible, vous pourriez fabriquer plusieurs centaines de nanoparticules de différentes tailles et avec différents composants ajoutés."
James Dahlman, professeur adjoint au département de génie biomédical Wallace H. Coulter de Georgia Tech et Emory University, détient une puce microfluidique utilisée pour fabriquer des nanoparticules qui pourraient être utilisées pour délivrer des gènes thérapeutiques. Crédit :Rob Felt, Géorgie Tech
Une fois les nanoparticules prometteuses identifiées avec le criblage, ils seraient soumis à des tests supplémentaires pour vérifier leur capacité à administrer des traitements. En plus d'accélérer le dépistage, la nouvelle technique peut nécessiter moins d'animaux, peut-être pas plus de trois pour chaque ensemble de nanoparticules testées.
Il y a quelques mises en garde avec la technique. Pour éviter la possibilité de fusion de nanoparticules, seules les structures stables en milieu aqueux peuvent être testées. Seules les nanoparticules non toxiques peuvent être criblées, et les chercheurs doivent contrôler l'inflammation potentielle générée par l'ADN inséré.
Dans le laboratoire de Langer et Anderson, Dahlman a travaillé avec Kevin Kauffman, qui reste au MIT, et Eric Wang, maintenant professeur adjoint à l'Université de Floride. D'autres co-auteurs de l'article comprenaient Yiping Xing, Taylor Shaw, Faryal Mir et Chloé Dlott, qui sont tous au MIT.
« Les thérapies à base d'acides nucléiques sont très prometteuses pour traiter une gamme de maladies graves, " a déclaré Dahlman. " Nous espérons que cette technique sera largement utilisée sur le terrain, et que cela apportera en fin de compte plus de clarté sur la façon dont ces médicaments affectent les cellules et comment nous pouvons les amener aux bons endroits dans le corps. »
