Les scientifiques de l'UCLA ont développé une nouvelle méthode qui utilise des structures microscopiques ressemblant à des éclats appelées « nanospears » pour la livraison ciblée de biomolécules telles que des gènes directement aux cellules des patients. Ces nanostructures guidées magnétiquement pourraient permettre des thérapies géniques plus sûres, plus rapide et plus rentable.

La recherche a été publiée dans la revue ACS Nano par l'auteur principal Paul Weiss, Chaire présidentielle de l'UC et professeur distingué de chimie et de biochimie, science et ingénierie des matériaux, et membre du Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research à UCLA.

Thérapie génique, le processus d'ajout ou de remplacement de gènes manquants ou défectueux dans les cellules du patient, s'est révélé très prometteur en tant que traitement pour une foule de maladies, dont l'hémophilie, dystrophie musculaire, déficiences immunitaires et certains types de cancer.

Les approches actuelles de thérapie génique reposent sur des virus modifiés, des champs électriques externes ou des produits chimiques agressifs pour pénétrer les membranes cellulaires et délivrer des gènes directement aux cellules du patient. Chacune de ces méthodes a ses propres défauts; ils peuvent être coûteux, inefficaces ou provoquent un stress et une toxicité indésirables pour les cellules.

Pour surmonter ces obstacles, Weiss et le Dr Steven Jonas, un chercheur clinique dans le programme de formation du centre de recherche sur les cellules souches larges de l'UCLA, a dirigé une équipe de recherche qui a conçu des nanolances composées de silicium, nickel et or. Ces nanolances sont biodégradables, peut être produit en série à moindre coût et efficacement, et, en raison de leur taille infinitésimale - leurs pointes sont d'environ 5, 000 fois plus petits que le diamètre d'un cheveu humain, ils peuvent fournir des informations génétiques avec un impact minimal sur la viabilité cellulaire et le métabolisme.

Jonas a comparé la méthode de livraison de biomolécule de pointe aux méthodes de livraison du monde réel apparaissant à l'horizon.

"Tout comme nous entendons parler d'Amazon qui veut livrer des colis directement chez vous avec des drones, nous travaillons sur un équivalent à l'échelle nanométrique pour fournir des packages de soins de santé importants directement à vos cellules, " expliqua Jonas, qui suit une formation dans la division d'hématologie/oncologie pédiatrique de l'hôpital pour enfants Mattel de l'UCLA. Dans le futur proche, Jonas espère appliquer les nanotechnologies pour déployer rapidement et largement des thérapies cellulaires et géniques chez les patients cancéreux pédiatriques qu'il traite.

La construction des nanolances s'est inspirée du travail de leurs collaborateurs, Hsian-Rong Tseng, professeur de pharmacologie moléculaire et médicale, et Xiaobin Xu, un boursier postdoctoral dans le groupe de recherche interdisciplinaire de Weiss. Tseng et Xu sont tous deux co-auteurs de l'étude.

« Sur la base des travaux de nanofabrication de Xiaobin, nous savions fabriquer des nanostructures de formes différentes en grand nombre en utilisant des stratégies de fabrication simples, " dit Weiss, qui est également membre du California NanoSystems Institute. "Une fois que nous avons eu cela en main, nous avons réalisé que nous pouvions créer des structures précises qui seraient utiles dans les thérapies géniques."

Weiss et Jonas ne sont pas les premiers à concevoir l'utilisation de nanostructures guidées ou de "nanomoteurs" robotiques pour améliorer les thérapies géniques, cependant, les méthodes existantes ont une précision limitée et nécessitent des produits chimiques potentiellement toxiques pour propulser les structures vers leurs cibles.

En enduisant leurs nanolances de nickel, Weiss et Jonas ont éliminé le besoin de propulseurs chimiques. Un aimant peut être tenu près d'une boîte de laboratoire contenant des cellules pour manipuler la direction, position et rotation d'une ou plusieurs nanolances. À l'avenir, Weiss et Jonas envisagent qu'un champ magnétique puisse être appliqué à l'extérieur du corps humain pour guider les nanolances à distance dans le corps afin de traiter les maladies génétiques.

Weiss et Jonas ont testé leurs nanolances comme véhicules pour un gène qui amène les cellules à produire une protéine fluorescente verte. Environ 80 pour cent des cellules ciblées présentaient une lueur verte brillante, et 90 pour cent de ces cellules ont survécu. Ces deux chiffres représentent une nette amélioration par rapport aux stratégies de livraison existantes.

Tout comme la thérapie génique, de nombreuses formes d'immunothérapie - un processus dans lequel des cellules immunitaires spécifiques au patient sont génétiquement modifiées pour reconnaître et attaquer les cellules cancéreuses - reposent sur des méthodes de traitement coûteuses ou longues.

« Le plus grand obstacle actuellement à l'obtention d'une thérapie génique ou d'une immunothérapie pour les patients est le temps de traitement, " a déclaré Jonas. " De nouvelles méthodes pour générer ces thérapies plus rapidement, efficacement et en toute sécurité vont accélérer l'innovation dans ce domaine de recherche et apporter ces thérapies aux patients plus tôt, et c'est l'objectif que nous avons tous."

Weiss et Jonas ont collaboré avec des chercheurs de l'UCLA pour optimiser la mise en œuvre de stratégies de thérapie génique qui sont en cours depuis longtemps.

"L'une des choses incroyables à propos de travailler à l'UCLA est que pour chacune des maladies ciblées, nous collaborons avec des cliniciens de premier plan qui ont déjà des thérapies géniques en développement, " Weiss a dit. " Ils ont la cargaison d'édition de gènes, cellules modèles, des modèles animaux et des cellules de patients en place afin que nous soyons en mesure d'optimiser nos nanosystèmes sur des méthodes qui sont sur le chemin de la clinique. »