Un nanosystème biomimétique peut fournir des protéines thérapeutiques pour cibler sélectivement des tumeurs cancéreuses, selon une équipe de chercheurs de Penn State.

En utilisant une toxine protéique appelée gélonine provenant d'une plante trouvée dans les montagnes de l'Himalaya, les chercheurs ont mis les protéines en cage dans des nanoparticules de structure métal-organique (MOF) auto-assemblées pour les protéger du système immunitaire du corps. Pour augmenter la longévité du médicament dans la circulation sanguine et cibler sélectivement la tumeur, l'équipe a recouvert le MOF d'un revêtement fabriqué à partir de cellules de la tumeur elle-même.

Le sang est un environnement hostile pour l'administration de médicaments. Le système immunitaire du corps attaque les molécules étrangères ou les chasse hors du corps par la rate ou le foie. Mais les cellules, y compris les cellules cancéreuses, libèrent de petites particules appelées vésicules extracellulaires qui communiquent avec d'autres cellules du corps et envoient un signal « ne me mange pas » au système immunitaire.

« Nous avons conçu une stratégie pour tirer parti des vésicules extracellulaires dérivées des cellules tumorales, " a déclaré Siyang Zheng, professeur agrégé de génie biomédical et électrique à Penn State. « Nous enlevons 99% du contenu de ces vésicules extracellulaires, puis utilisons la membrane pour envelopper nos nanoparticules de charpente métal-organique. Si nous pouvons obtenir nos vésicules extracellulaires du patient, par biopsie ou chirurgie, puis les nanoparticules rechercheront la tumeur via un processus appelé ciblage homotypique. »

Gong Cheng, auteur principal d'un nouvel article décrivant le travail de l'équipe et ancien chercheur postdoctoral dans le groupe de Zheng maintenant à Harvard, mentionné, "MOF est une classe de matériaux cristallins assemblés par des nœuds métalliques et des lieurs organiques. Dans notre conception, l'auto-assemblage des nanoparticules MOF et l'encapsulation des protéines sont réalisés simultanément grâce à une approche à un seul pot dans un environnement aqueux. Les sites d'affinité métalliques enrichis sur les surfaces MOF agissent comme le crochet à bouton, ainsi la membrane vésiculaire extracellulaire peut être facilement bouclée sur les nanoparticules MOF. Notre stratégie biomimétique fait ressembler les nanoparticules synthétiques à des vésicules extracellulaires, mais ils ont la cargaison désirée à l'intérieur."

Le système de nanoparticules circule dans la circulation sanguine jusqu'à ce qu'il trouve la tumeur et se fixe sur la membrane cellulaire. La cellule cancéreuse ingère la nanoparticule dans un processus appelé endocytose. Une fois à l'intérieur de la cellule, l'acidité plus élevée des vésicules de transport intracellulaire de la cellule cancéreuse provoque la rupture des nanoparticules de la structure métal-organique et la libération de la protéine toxique dans le cytosol et la mort de la cellule.

"Notre charpente métallo-organique a une capacité de chargement très élevée, nous n'avons donc pas besoin d'utiliser beaucoup de particules et cela maintient la toxicité générale faible, " a déclaré Zheng.

Les chercheurs ont étudié l'efficacité du nanosystème et sa toxicité dans un petit modèle animal et ont rapporté leurs découvertes dans un article de couverture dans le Journal de l'American Chemical Society .

Les chercheurs pensent que leur nanosystème fournit un outil pour la livraison ciblée d'autres protéines qui nécessitent une dissimulation du système immunitaire. Penn State a déposé une demande de protection par brevet pour la technologie.