Avec des thérapies médicamenteuses et géniques ciblées, trouver les cellules cibles n'est que la moitié de la bataille. Une fois que ces agents atteignent la surface d'une cellule, ils doivent encore entrer et faire leur travail.

Des chercheurs de l'Université de l'Illinois disent qu'ils savent maintenant comment suivre et cartographier les véhicules d'administration de médicaments et de gènes pour évaluer ceux qui sont les plus efficaces pour infiltrer les cellules et atteindre leurs cibles. aperçu qui pourrait guider le développement de nouveaux agents pharmaceutiques. Les chercheurs ont décrit leur système de suivi et leurs découvertes sur les véhicules de livraison les plus efficaces dans le journal Communication Nature .

Les thérapies géniques se sont révélées prometteuses dans la culture cellulaire et les études animales, mais ont été moins efficaces dans les essais cliniques, a déclaré le directeur de l'étude Andrew Smith, professeur de bio-ingénierie à l'U. of I. Cette classe de produits pharmaceutiques, appelés produits biologiques, sont différents des médicaments traditionnels en ce sens qu'ils doivent être associés à des agents d'administration spécialisés, telles que des nanoparticules ou des protéines, pour atteindre leurs cibles cellulaires prévues.

Leur manque d'efficacité provient de leur difficulté à atteindre les cibles au sein des cellules, et les obstacles qui les entravent sont mal connus, dit Smith.

"Nous avons ces très bons modèles qui nous disent comment fonctionnent les médicaments classiques, mais il n'y a pas de modèle qui fonctionne pour ces nouveaux produits biologiques qui doivent avoir un mécanisme supplémentaire pour être délivrés aux cellules. Cela a été une partie manquante clé de la médecine pharmaceutique, " Smith a dit. " Si nous ne comprenons pas les mécanismes du problème, nous ne pouvons pas le résoudre. Nous pouvons maintenant déterminer pourquoi cela se produit et trouver comment surmonter les principaux goulots d'étranglement, ce qui n'a jamais été possible."

Le groupe de Smith a combiné deux outils d'imagerie pour suivre et mesurer comment différents agents d'administration ont pénétré les cellules cancéreuses humaines et murines. Les chercheurs ont utilisé l'imagerie à molécule unique, ce qui leur permet d'observer des molécules individuelles au cours du temps, et les points quantiques, qui agissent comme de minuscules balises à l'intérieur des cellules. Cela a permis aux chercheurs de voir, compter et suivre tous les agents de livraison qui sont entrés dans la cellule.

Ils ont découvert que les molécules très chargées sont aptes à pénétrer à l'intérieur des cellules mais n'atteignent pas leurs cibles une fois à l'intérieur.

"L'ADN est vraiment chargé, ce qui est malheureux, parce que c'est l'une des principales choses que les gens essaient de livrer aux cellules, " Smith a déclaré. "Nous voyons qu'il colle à tout et n'atteint pas sa cible."

Cependant, des molécules dont la charge est complètement équilibrée - une classe appelée zwitterions - diffusent dans toute la cellule et peuvent accéder à l'ensemble de sa machinerie.

"Cela nous donne quelques règles de conception pour de meilleures façons de fournir des gènes et des protéines aux cellules. Nous devons éviter certaines fonctionnalités et en prioriser d'autres - en particulier les surfaces à haute stabilité et zwitterioniques, " Smith a déclaré. "Toute personne travaillant dans ce domaine peut désormais utiliser cette technologie de suivi pour analyser de nouveaux types d'agents de livraison. Nous n'avons examiné qu'une poignée de types de cellules dans notre étude, en se concentrant sur le cancer, mais ces outils peuvent évaluer tout nouvel agent développé pour tout type de cellule. Vous avez juste besoin d'un microscope optique à fluorescence de haute qualité, et tous les grands instituts de recherche en ont."

L'étude a utilisé des agents d'administration "vides" - ceux sans cargaison thérapeutique attachée - donc la prochaine étape consiste à utiliser le système pour suivre les agents qui délivrent réellement des médicaments ou des gènes et observer les mécanismes à chaque étape de la voie d'administration du médicament, dit Smith.

"Nous nous rapprochons de la résolution du problème de l'administration de cellules. C'est quelque chose qui limite la médecine et la thérapie génique depuis un siècle, " dit Smith, qui est également professeur au Carle Illinois College of Medicine. "Je pense que la capacité de suivre et d'analyser la livraison dans les cellules sera un énorme coup de pouce pour l'industrie pharmaceutique alors qu'elle développe ces types de thérapies."