De nombreux scientifiques cherchent des moyens de traiter la maladie en délivrant de l'ADN ou de l'ARN qui peuvent activer ou désactiver un gène. Cependant, un obstacle majeur au progrès dans ce domaine a été de trouver des moyens de livrer en toute sécurité ce matériel génétique aux bonnes cellules.

L'encapsulation de brins d'ARN ou d'ADN dans de minuscules particules est une approche prometteuse. Pour aider à accélérer le développement de ces véhicules de distribution de médicaments, une équipe de chercheurs du MIT, Géorgie Tech, et l'Université de Floride a maintenant mis au point un moyen de tester rapidement différentes nanoparticules pour voir où elles vont dans le corps.

« La livraison de médicaments est un obstacle vraiment important qui doit être surmonté, " dit James Dahlman, un ancien étudiant diplômé du MIT qui est maintenant professeur adjoint à Georgia Tech et auteur principal de l'étude. « Indépendamment de leurs mécanismes d'action biologiques, toutes les thérapies génétiques nécessitent une administration de médicaments sûre et spécifique au tissu que vous souhaitez cibler. »

Cette approche, décrit dans le Actes de l'Académie nationale des sciences la semaine du 6 février, pourrait aider les scientifiques à cibler les thérapies génétiques à des endroits précis dans le corps.

"Il pourrait être utilisé pour identifier une nanoparticule qui va à un certain endroit, et avec ces informations, nous pourrions ensuite développer la nanoparticule avec une charge utile spécifique à l'esprit, " dit Daniel Anderson, professeur agrégé au département de génie chimique du MIT et membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research et de l'Institute for Medical Engineering and Science (IMES) du MIT.

Les auteurs principaux de l'article sont Anderson; Robert Langer, le professeur David H. Koch Institute au MIT et membre du Koch Institute; et Eric Wang, professeur à l'Université de Floride. Les autres auteurs sont l'étudiant diplômé Kevin Kauffman, les récents diplômés du MIT Yiping Xing et Chloe Dlott, Taylor Shaw, premier cycle du MIT, et l'assistant technique de l'Institut Koch Faryal Mir.

Cibler la maladie

Trouver un moyen fiable de fournir de l'ADN aux cellules cibles pourrait aider les scientifiques à réaliser le potentiel de la thérapie génique, une méthode de traitement de maladies telles que la mucoviscidose ou l'hémophilie en fournissant de nouveaux gènes qui remplacent les versions manquantes ou défectueuses. Une autre approche prometteuse pour de nouvelles thérapies est l'interférence ARN, qui peut être utilisé pour désactiver les gènes hyperactifs en les bloquant avec de courts brins d'ARN appelés siARN.

L'introduction de ces types de matériel génétique dans les cellules du corps s'est avérée difficile, cependant, parce que le corps a développé de nombreux mécanismes de défense contre le matériel génétique étranger tel que les virus.

Pour aider à échapper à ces défenses, Le laboratoire d'Anderson a développé des nanoparticules, dont beaucoup à base de molécules grasses appelées lipides, qui protègent le matériel génétique et le transportent vers une destination particulière. Beaucoup de ces particules ont tendance à s'accumuler dans le foie, en partie parce que le foie est responsable de la filtration du sang, mais il a été plus difficile de trouver des particules qui ciblent d'autres organes.

« Nous avons réussi à introduire des nanoparticules dans certains tissus, mais pas tous, ", dit Anderson. "Nous n'avons pas non plus vraiment compris comment la chimie des particules influence le ciblage vers différentes destinations."

Identifier les candidats prometteurs, Le laboratoire d'Anderson génère des bibliothèques de milliers de particules, en variant des traits tels que leur taille et leur composition chimique. Les chercheurs testent ensuite les particules en les plaçant sur un type cellulaire particulier, cultivé dans un plat de laboratoire, pour voir si les particules peuvent pénétrer dans les cellules. Les meilleurs candidats sont ensuite testés sur des animaux. Cependant, c'est un processus lent et limite le nombre de particules qui peuvent être essayées.

"Le problème que nous avons, c'est que nous pouvons fabriquer beaucoup plus de nanoparticules que nous ne pouvons en tester, " dit Anderson.

Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs ont décidé d'ajouter "les codes-barres, " consistant en une séquence d'ADN d'environ 60 nucléotides, à chaque type de particule. Après avoir injecté les particules dans un animal, les chercheurs peuvent récupérer les codes-barres ADN de différents tissus, puis séquencer les codes-barres pour voir quelles particules se sont retrouvées où.

"Ce que cela nous permet de faire, c'est de tester plusieurs nanoparticules différentes à la fois à l'intérieur d'un seul animal, " dit Dahlman.

Suivi des particules

Les chercheurs ont d'abord testé des particules dont il avait été précédemment démontré qu'elles ciblent les poumons et le foie, et a confirmé qu'ils allaient là où prévu.

Puis, les chercheurs ont examiné 30 nanoparticules lipidiques différentes qui variaient dans un trait clé :la structure d'un composant connu sous le nom de polyéthylène glycol (PEG), un polymère souvent ajouté aux médicaments pour augmenter leur longévité dans le sang. Les nanoparticules lipidiques peuvent également varier dans leur taille et d'autres aspects de leur composition chimique.

Chacune des particules a également été étiquetée avec l'un des 30 codes-barres ADN. En séquençant des codes-barres qui se sont retrouvés dans différentes parties du corps, les chercheurs ont pu identifier des particules qui ciblaient le cœur, cerveau, utérus, muscle, un rein, et pancréas, en plus du foie et des poumons. Dans les études futures, ils prévoient d'étudier ce qui fait que différentes particules se concentrent sur différents tissus.

Les chercheurs ont également effectué d'autres tests sur l'une des particules, qui cible le foie, et a découvert qu'il pouvait délivrer avec succès un ARNsi qui désactive le gène d'un facteur de coagulation sanguine.

Victor Koteliansky, directeur du Skoltech Center for Functional Genomics, ont décrit la technique comme un moyen "innovant" d'accélérer le processus d'identification de nanoparticules prometteuses pour fournir de l'ARN et de l'ADN.

"Trouver une bonne particule est un événement très rare, vous devez donc filtrer beaucoup de particules. Cette approche est plus rapide et peut vous donner une meilleure compréhension de l'endroit où les particules iront dans le corps, " dit Kotelianksy, qui n'a pas participé à la recherche.

Ce type d'écran pourrait également être utilisé pour tester d'autres types de nanoparticules telles que celles à base de polymères. "Nous espérons vraiment que d'autres laboratoires à travers le pays et dans le monde essaieront notre système pour voir si cela fonctionne pour eux, " dit Dahlman.

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.