Des chimistes de l'Université de l'Alabama à Birmingham ont conçu des capsules polymères anti-cancer à triple menace qui rapprochent la promesse d'une administration guidée de médicaments des tests précliniques.

Ces capsules multicouches présentent trois traits qui ont été difficiles à atteindre en une seule entité. Ils ont un bon contraste d'imagerie qui permet une détection avec des ultrasons de faible puissance, ils peuvent encapsuler de manière stable et efficace le médicament anticancéreux doxorubicine, et une dose d'ultrasons à faible et à forte puissance peut déclencher la libération de cette cargaison.

Ces trois caractéristiques créent un système d'administration de médicaments guidé pour cibler les tumeurs solides. L'efficacité thérapeutique peut être encore améliorée par des modifications de surface pour augmenter les capacités de ciblage. L'échographie diagnostique de faible puissance pourrait alors visualiser les nanocapsules alors qu'elles se concentraient dans une tumeur, et les ultrasons thérapeutiques à dose plus élevée libéreraient le médicament à zéro, épargnant au reste du corps une toxicité limitant la dose.

Ce contrôle précis du moment et du lieu de libération de la doxorubicine ou d'autres médicaments anticancéreux pourrait offrir une alternative non invasive à la chirurgie anticancéreuse ou à la chimiothérapie systémique, le rapport des chercheurs de l'UAB dans la revue ACS Nano , qui a un facteur d'impact de 13,3.

« Nous envisageons une approche totalement différente du traitement des tumeurs humaines solides de nombreux sous-types pathologiques, y compris les tumeurs malignes métastatiques courantes telles que le sein, mélanome, côlon, prostate et poumon, utiliser ces capsules comme plate-forme de livraison, " a déclaré Eugenia Kharlampieva, Doctorat., professeur agrégé au Département de chimie, Collège des arts et des sciences de l'UAB. "Ces capsules peuvent protéger les produits thérapeutiques encapsulés de la dégradation ou de l'élimination avant d'atteindre la cible et ont un contraste ultrasonore comme moyen de visualiser la libération du médicament. Ils peuvent libérer leur cargaison de médicament encapsulé dans des emplacements spécifiques via une exposition aux ultrasons appliquée de l'extérieur."

Kharlampieva, qui crée ses nouvelles particules « intelligentes » tout en travaillant à l'intersection de la chimie des polymères, la nanotechnologie et la science biomédicale - dit qu'il y a un urgent, et jusqu'à présent insatisfait, besoin d'un si facilement fabriqué, système d'administration guidée de médicaments.

Les chercheurs de l'UAB, dirigé par Kharlampieva et les co-premiers auteurs Jun Chen et Sithira Ratnayaka, utiliser des couches alternées d'acide tannique biocompatible et de poly(N-vinylpyrrolidone), ou TA/PVPON, pour construire leurs microporteurs. Les couches sont formées autour d'un noyau sacrificiel de silice solide ou de carbonate de calcium poreux qui est dissous une fois les couches terminées.

En variant le nombre de couches, le poids moléculaire du PVPON ou le rapport de l'épaisseur de la coque au diamètre de la capsule, les chercheurs ont pu modifier les caractéristiques physiques des capsules et leur sensibilité aux ultrasons diagnostiques, à des niveaux de puissance inférieurs au maximum de la FDA pour l'imagerie clinique et le diagnostic.

Par exemple, un quart des microcapsules vides faites avec quatre couches de TA/PVPON de bas poids moléculaire ont été rompues par trois minutes d'ultrasons, tandis que les capsules faites de 15 couches de TA/PVPON de bas poids moléculaire ou les capsules faites de quatre couches de TA/PVPON de haut poids moléculaire n'ont montré aucune rupture. Les capsules rompues avaient une rigidité mécanique plus faible qui les rendait plus sensibles aux changements de pression ultrasonore. Les expériences ont montré que le rapport entre l'épaisseur de la paroi de la capsule et le diamètre de la capsule est une variable clé pour la sensibilité à la rupture.

Pour tester le contraste d'imagerie échographique des microcapsules, les chercheurs de l'UAB ont fabriqué des capsules de 5 micromètres de large, ou environ deux fois plus large que les capsules utilisées dans les expériences de rupture. Cette taille est suffisamment petite pour passer encore à travers les capillaires du poumon, tandis qu'une taille plus grande pour diverses microparticules est connue pour améliorer considérablement le contraste des ultrasons. Des globules rouges, pour une comparaison de taille, ont un diamètre d'environ 6 à 8 micromètres.

Les chercheurs ont découvert que, d'une largeur de 5 micromètres, les capsules vides qui ont été faites avec huit couches de TA/PVPON de bas poids moléculaire ont montré un contraste ultrasonore comparable à l'agent de contraste de microsphères Definity disponible dans le commerce. Lorsque les capsules UAB - qui ont une épaisseur de coque d'environ 50 nanomètres - ont été chargées de doxorubicine, le contraste de l'imagerie échographique a été multiplié par deux à huit par rapport aux capsules vides, selon le mode d'imagerie échographique utilisé. Ces gélules chargées de doxorubicine étaient très stables, sans modification du contraste de l'imagerie échographique après six mois de stockage. Exposition au sérum, connu pour déposer des protéines sur diverses microparticules, n'a pas éteint le contraste d'imagerie échographique des microcapsules TA/PVPON.

Une dose thérapeutique d'ultrasons a pu rompre 50 pour cent du 5 micromètres, microcapsules chargées de doxorubicine, libérant suffisamment de doxorubicine pour induire une cytotoxicité de 97 pour cent dans les cellules d'adénocarcinome du sein humain en culture. Les cellules d'adénocarcinome qui ont été incubées avec des microcapsules intactes chargées de doxorubicine sont restées viables.

Ainsi, Kharlampieva dit, ces capsules TA/PVPON ont un fort potentiel en tant qu'agents "théranostiques" pour une thérapie efficace du cancer en conjonction avec les ultrasons. Le terme théranostique fait référence à des nanoparticules ou des microcapsules qui peuvent doubler en tant qu'agents d'imagerie diagnostique et en tant que vecteurs thérapeutiques d'administration de médicaments.

La prochaine étape préclinique importante, Kharlampieva dit, en collaboration avec Mark Bolding, Doctorat., professeur adjoint au département de radiologie de l'UAB, et Jason Warram, Doctorat., professeur adjoint au département d'oto-rhino-laryngologie de l'UAB, seront des études dans des modèles animaux pour explorer combien de temps les capsules UAB persistent dans la circulation sanguine et où elles se répartissent dans le corps.