Une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à San Diego a développé des « nano-éponges » de macrophages capables d'absorber et d'éliminer en toute sécurité des molécules de la circulation sanguine connues pour déclencher une septicémie. Ces nanoéponges macrophages, qui sont des nanoparticules enrobées dans les membranes cellulaires des macrophages, ont jusqu'à présent amélioré les taux de survie chez les souris atteintes de sepsis.
Ce travail est un exemple de la technologie d'occultation de la membrane cellulaire mise au point par le laboratoire de Liangfang Zhang, professeur de nano-ingénierie à la UC San Diego Jacobs School of Engineering. Son groupe développe de nouvelles thérapies nanomédicales en déguisant les nanoparticules en cellules du corps. Les exemples précédents incluent les nanoéponges de globules rouges pour combattre et prévenir les infections à SARM; des nanoparticules enveloppées dans des membranes cellulaires plaquettaires pour réparer les vaisseaux sanguins blessés ; et des nanofibres enveloppées dans des membranes de cellules bêta qui pourraient être utilisées pour aider les patients diabétiques à produire plus d'insuline.
Dans l'étude actuelle, Le laboratoire de Zhang a développé des nanoéponges macrophages qui offrent une solution prometteuse pour traiter et gérer efficacement la septicémie. Le laboratoire de Zhang a collaboré avec Victor Nizet, professeur de pédiatrie et de pharmacie à l'UC San Diego, dont l'équipe a aidé à tester les nanoéponges macrophages in vivo .
La septicémie se produit lorsque le corps lance une réponse immunitaire incontrôlée à une infection, déclenchant une inflammation généralisée pouvant entraîner une défaillance d'un organe, choc septique et même la mort. Les Centers for Disease Control and Prevention des États-Unis estiment que plus de 1,5 million d'Américains souffrent de septicémie et environ 250, 000 meurent de cette maladie chaque année.
La septicémie est généralement traitée avec des antibiotiques. Mais alors que les antibiotiques peuvent potentiellement éliminer les bactéries causant la septicémie, ils ne peuvent pas contrôler l'inflammation.
Certaines bactéries responsables du sepsis sécrètent des molécules toxiques appelées endotoxines. Les macrophages, les globules blancs qui jouent un rôle majeur dans l'inflammation, reconnaissent que les endotoxines sont dangereuses. En réponse, les macrophages produisent des protéines provoquant une inflammation appelées cytokines pro-inflammatoires, qui à leur tour activent d'autres macrophages pour produire plus de cytokines, déclenchant un dangereux effet domino d'inflammation dans tout le corps.
« Pour gérer efficacement le sepsis, vous devez gérer cette tempête de cytokines, " dit Zhang.
Dans un article publié en Actes de l'Académie nationale des sciences , Zhang et une équipe de chercheurs de l'UC San Diego ont montré que les nanoéponges de macrophages peuvent neutraliser en toute sécurité à la fois les endotoxines et les cytokines pro-inflammatoires dans la circulation sanguine.
Une large gamme d'endotoxines et de cytokines pro-inflammatoires se lient naturellement aux membranes cellulaires des macrophages, ces nanoéponges servent donc de pièges universels pour un large spectre de molécules causant la septicémie, Zhang a expliqué. "Ils peuvent travailler sur différents genres bactériens, espèces et souches, " dit-il. Et comme ils sont recouverts de véritables membranes cellulaires de macrophages, ils peuvent se faire passer pour les propres cellules immunitaires du corps et circuler dans le sang sans être expulsés.
Les chercheurs ont utilisé des cellules macrophages de souris pour fabriquer les nanoéponges. Ils ont trempé les cellules dans une solution qui a fait éclater les cellules, laissant les membranes derrière. Les membranes ont été recueillies à l'aide d'une centrifugeuse, puis mélangé avec des nanoparticules en forme de boule en polymère biodégradable. L'étape de mélange enrobait spontanément les nanoparticules dans les membranes cellulaires des macrophages.
L'équipe a administré les nanoéponges macrophages à un groupe de souris infectées par une dose mortelle de E. coli . Le traitement a maintenu en vie quatre souris sur 10 de ce groupe, tandis que toutes les souris du groupe non traité sont mortes. Une dose de nanoéponges macrophages a considérablement réduit les niveaux d'endotoxines et de cytokines pro-inflammatoires chez les souris traitées. Cela a empêché l'inflammation systémique et a également réduit le nombre de bactéries dans le sang et la rate de ces souris.
Zhang travaille avec des sociétés biopharmaceutiques pour traduire les nanoéponges macrophages en usage clinique. Les prochaines étapes comprennent la fabrication des nanoéponges à grande échelle et la réalisation d'essais sur de grands animaux.
