Pour un certain nombre de traitements médicaux innovants et vitaux, des remplacements d'organes et des greffes de peau à la thérapie et à la chirurgie du cancer, le succès dépend souvent du fait de passer outre ou de repousser le système immunitaire du corps. Dans un développement récent, visant à faciliter la détection et le traitement du cancer, Les chercheurs de l'Université Drexel ont peut-être trouvé la texture de surface idéale pour aider les microscopiques, aides médicales à survivre dans la circulation sanguine sans être éliminées par les mécanismes de défense naturels du corps.

Les chercheurs, dirigé par Hao Cheng, Doctorat., professeur adjoint au département de science et génie des matériaux du Collège d'ingénierie de Drexel, ont étudié comment prolonger la durée de vie des nanoparticules dans le corps. Ces minuscules molécules organiques bien nommées peuvent être adaptées pour voyager dans la circulation sanguine, rechercher et pénétrer les tumeurs cancéreuses. Avec cette capacité, ils ont montré de grandes promesses, à la fois comme marqueurs de tumeurs et outils pour les traiter. Mais à ce stade, une limite majeure à leur efficacité est la durée pendant laquelle ils peuvent rester en circulation, d'où la poursuite de Cheng.

"La plupart des nanoparticules synthétiques sont rapidement éliminées dans la circulation sanguine avant d'atteindre les tumeurs. Un temps de circulation sanguine court est l'un des principaux obstacles pour les nanoparticules dans le traitement du cancer et certaines autres applications biomédicales, " a déclaré Cheng. " Notre groupe développe une approche facile qui étend considérablement la circulation des nanoparticules dans le sang afin d'améliorer leur efficacité anti-tumorale. "

Sa dernière découverte, publié dans la revue ACS Nano , montre que la topographie de surface est la clé de la survie des nanoparticules. Le groupe de recherche de Cheng montre comment les coques en polymère peuvent être utilisées pour masquer les nanoparticules dans la circulation sanguine de l'absorption par le système immunitaire et le foie, les principaux filtres du corps pour éliminer les intrus nocifs de la circulation.

Être « signalé »

Dès que les nanoparticules pénètrent dans la circulation sanguine, les protéines plasmatiques se fixent immédiatement à leur surface, un processus appelé « adsorption de protéines ». Certaines de ces protéines adsorbées se comportent comme un marqueur pour marquer les nanoparticules comme des corps étrangers, dire au système immunitaire de les éliminer.

Précédemment, les scientifiques pensaient qu'une fois que les nanoparticules étaient des macrophages "marqués par des protéines", les cellules gardiennes du système immunitaire, assumerait la responsabilité principale de les éliminer du sang. Mais la recherche de Cheng a révélé que les cellules endothéliales sinusoïdales du foie jouent en fait un rôle tout aussi important dans la récupération des envahisseurs corporels.

"C'était une découverte quelque peu surprenante, " A déclaré Cheng. "Les macrophages sont normalement considérés comme le principal charognard de nanoparticules dans le sang. Alors que les cellules endothéliales sinusoïdales du foie expriment des récepteurs charognards, il était en grande partie inconnu que la réduction de leur absorption de nanoparticules pourrait avoir un effet encore plus dramatique que les efforts visant à empêcher l'absorption par les microphages. »

Ainsi, pour maintenir les nanoparticules en circulation, les chercheurs devaient développer un moyen de contrecarrer les deux ensembles de cellules.

Superposition

La méthode actuellement utilisée pour tenir ces cellules à distance, recouvre les nanoparticules d'une enveloppe en polymère pour réduire l'adsorption des protéines, empêchant ainsi les particules d'être ciblées pour l'élimination.

Polyéthylène glycol—PEG, pour faire court, est le polymère largement utilisé comme revêtement de nanoparticules et un laboratoire de Cheng a utilisé dans ses travaux précédents pour développer des revêtements pour les nanoparticules qui peuvent pénétrer dans les tumeurs solides. Les chercheurs ont montré que le déploiement du PEG dans un environnement dense, la couche en forme de brosse peut repousser les protéines; et en le greffant moins densément, sous une forme où les supports en polymère ressemblent plus à des champignons, peut également empêcher l'adsorption des protéines.

Mais les chercheurs de Drexel ont découvert que la combinaison des deux types de couches crée un revêtement de nanoparticules qui peut contrecarrer à la fois les protéines et les cellules « videurs » du système immunitaire.

« Nous avons découvert qu'il faut un champignon au-dessus d'une brosse pour garder les nanoparticules « invisibles » dans la circulation sanguine, " a déclaré Christophe Li, Doctorat., professeur au College of Engineering et co-auteur de l'article dont les travaux portent sur l'ingénierie des matériaux mous, tels que les polymères. "Notre approche bi-couche hiérarchique est un moyen astucieux de combiner les avantages à la fois de la configuration de la brosse, ainsi que des couches de PEG à faible densité qui forment des champignons."

Rester dans le jeu

Il s'avère qu'avec plus d'espace pour s'étaler sur une coque de nanoparticules, Les "champignons" PEG ondulent comme des algues se balançant dans l'eau, rendant les nanoparticules difficiles à ramasser pour les macrophages et les cellules endothéliales sinusoïdales du foie. La couche interne dense des brosses PEG fait sa part pour éloigner les protéines, faisant ainsi une formidable combinaison pour prolonger le voyage d'une nanoparticule dans la circulation sanguine.

"Pour la première fois, nous montrons qu'une structure de surface dynamique des nanomatériaux est importante pour leur devenir in vivo, " dit Hao Zhou, Doctorat., qui était étudiant au doctorat dans le laboratoire de Cheng et l'auteur principal de l'article.

Avec les couches de polymère hiérarchiques masquant l'extérieur des nanoparticules, Cheng a découvert qu'ils peuvent rester dans le sang jusqu'à 24 heures. Il s'agit d'une double augmentation par rapport aux meilleurs résultats des études précédentes sur les nanoparticules et cela signifie qu'un plus grand nombre de particules pourraient atteindre leur destination finale à l'intérieur des tumeurs.

"Cette découverte suggère que nous avons identifié la configuration PEG optimale pour le revêtement des nanoparticules, " a déclaré Wilbur B. Bowne, MARYLAND, chirurgien cancérologue et professeur à la faculté de médecine de Drexel, qui a contribué au journal. « Prolonger le temps de circulation à 24 heures étend les possibilités d'utilisation des nanoparticules dans le traitement et le diagnostic du cancer. »