Des scientifiques de l'Université de Cambridge ont développé une plate-forme qui utilise des nanoparticules connues sous le nom de structures métal-organiques pour fournir un agent anticancéreux prometteur aux cellules.

Recherche dirigée par le Dr David Fairen-Jimenez, du Département de génie chimique et de biotechnologie de Cambridge, indique que les structures métallo-organiques (MOF) pourraient présenter une plate-forme viable pour l'administration d'un puissant agent anticancéreux, connu sous le nom d'ARNsi, aux cellules.

Petit acide ribonucléique interférent (siRNA), a le potentiel d'inhiber les gènes cancérigènes surexprimés, et est devenu un objectif de plus en plus important pour les scientifiques à la recherche de nouveaux traitements contre le cancer.

Le groupe de Fairen-Jimenez a utilisé des simulations informatiques pour trouver un MOF avec la taille de pores parfaite pour transporter une molécule d'ARNsi, et qui se briserait une fois à l'intérieur d'une cellule, libérant le siRNA vers sa cible. Leurs résultats ont été publiés aujourd'hui dans la revue Cell Press, Chimie .

Certains cancers peuvent survenir lorsque des gènes spécifiques à l'intérieur des cellules provoquent une surproduction de protéines particulières. Une façon de résoudre ce problème est de bloquer la voie d'expression des gènes, limitant la production de ces protéines.

C'est exactement ce que peuvent faire les molécules d'ARNsi :se lier à des molécules messagères de gènes spécifiques et les détruire avant qu'elles ne puissent dire à la cellule de produire une protéine particulière. Ce processus est connu sous le nom de « knombre de gènes ». Les scientifiques ont commencé à se concentrer davantage sur les siARN en tant que thérapies potentielles contre le cancer au cours de la dernière décennie, car ils offrent une solution polyvalente au traitement de la maladie - tout ce que vous devez savoir est la séquence du gène que vous souhaitez inhiber et vous pouvez créer le siARN correspondant qui le décomposera. Au lieu de concevoir, synthétiser et tester de nouveaux médicaments - un processus incroyablement long et coûteux - vous pouvez apporter quelques modifications simples à la molécule d'ARNsi et traiter une maladie totalement différente.

L'un des problèmes liés à l'utilisation des siARN pour traiter la maladie est que les molécules sont très instables et sont souvent décomposées par les mécanismes de défense naturels de la cellule avant qu'elles ne puissent atteindre leurs cibles. Les molécules d'ARNsi peuvent être modifiées pour les rendre plus stables, mais cela compromet leur capacité à abattre les gènes cibles. Il est également difficile d'introduire les molécules dans les cellules - elles doivent être transportées par un autre véhicule agissant comme agent de livraison.

Les chercheurs de Cambridge ont utilisé une nanoparticule spéciale pour protéger et délivrer des siARN aux cellules, où ils montrent sa capacité à inhiber un gène cible spécifique.

Fairen-Jimenez mène des recherches sur les matériaux avancés, avec un accent particulier sur les MOF :des composés 3-D auto-assemblés constitués de blocs de construction métalliques et organiques reliés entre eux.

Il existe des milliers de types différents de MOF que les chercheurs peuvent créer - il y en a actuellement plus de 84, 000 structures MOF dans la Cambridge Structural Database avec 1000 nouvelles structures publiées chaque mois et leurs propriétés peuvent être ajustées à des fins spécifiques. En changeant les différents composants de la structure MOF, les chercheurs peuvent créer des MOF avec différentes tailles de pores, stabilités et toxicités, leur permettant de concevoir des structures capables de transporter des molécules telles que les siARN dans les cellules sans effets secondaires nocifs.

"Avec la thérapie traditionnelle du cancer, si vous concevez de nouveaux médicaments pour traiter le système, ceux-ci peuvent avoir des comportements différents, géométries, tailles, et donc vous auriez besoin d'un MOF qui soit optimal pour chacun de ces médicaments individuels, " dit Fairen-Jimenez. " Mais pour les siRNA, une fois que vous avez développé un MOF utile, vous pouvez en principe l'utiliser pour une gamme de séquences d'ARNsi différentes, traiter différentes maladies."

"Les personnes qui l'ont déjà fait ont utilisé des MOF qui n'ont pas une porosité suffisamment grande pour encapsuler le siRNA, donc une grande partie est probablement juste coincée à l'extérieur, " dit Michelle Teplensky, ancien doctorat étudiant dans le groupe Fairen-Jimenez, qui a effectué la recherche. « Nous avons utilisé un MOF qui pourrait encapsuler le siRNA et lorsqu'il est encapsulé, vous offrez plus de protection. Le MOF que nous avons choisi est composé d'un nœud métallique à base de zirconium et nous avons effectué de nombreuses études qui montrent que le zirconium est assez inerte et qu'il ne le fait pas. ne cause aucun problème de toxicité."

L'utilisation d'un MOF biodégradable pour la livraison d'ARNsi est importante pour éviter l'accumulation indésirable des structures une fois qu'elles ont fait leur travail. Le MOF que Teplensky et son équipe ont sélectionné se décompose en composants inoffensifs qui sont facilement recyclés par la cellule sans effets secondaires nocifs. La grande taille des pores signifie également que l'équipe peut charger une quantité importante de siRNA dans une seule molécule MOF, garder le dosage nécessaire pour abattre les gènes très bas.

"L'un des avantages de l'utilisation d'un MOF avec des pores aussi larges est que nous pouvons obtenir une image beaucoup plus localisée, dose plus élevée que celle requise par d'autres systèmes, " dit Teplensky. " SiRNA est très puissant, vous n'en avez pas besoin d'une quantité énorme pour obtenir une bonne fonctionnalité. La dose nécessaire est inférieure à 5% de la porosité du MOF."