Des chercheurs de l'Université du Texas à Austin ont développé de nouvelles directives pour la fabrication de matériaux de gel à l'échelle nanométrique, ou des nanogels, qui peuvent délivrer de nombreux traitements thérapeutiques pour traiter le cancer de manière précise. En plus de permettre l'administration de médicaments en réponse aux tumeurs, leurs nanogels peuvent cibler les cellules malignes (ou biomarqueurs), se dégradent en composants non toxiques et exécutent de multiples fonctions cliniques.

La caractéristique la plus importante des nanogels des chercheurs en ingénierie est leur capacité à être chimiquement modifiés ou « décorés » avec de nombreuses molécules bioactives. Ces modifications confèrent aux nanogels décorés des propriétés physiques et chimiques plus diversifiées que toute autre technique existante, malgré leur origine identique. De tels systèmes, qui ont le potentiel d'être adaptés à des maladies spécifiques ou même à des patients individuels, pourrait être un outil utile pour les oncologues à l'avenir.

Dans une étude publiée dans le dernier numéro de Avancées scientifiques , des chercheurs du département de génie biomédical et du département de génie chimique McKetta de la Cockrell School of Engineering décrivent le développement de ces nanogels polyvalents pour le traitement du cancer. Suite à une série de modifications chimiques, les nanogels sont capables d'effectuer les opérations suivantes simultanément ou en séquence :charger et libérer des médicaments, répondre à des environnements de pH uniques, identifier des biomarqueurs, convertissant la lumière en chauffage thérapeutique et présentant des caractéristiques de dégradation.

L'équipe de recherche, dirigé par le pionnier de l'administration de médicaments Nicholas Peppas, professeur dans les départements de génie biomédical et de génie chimique, l'UT College of Pharmacy et la Dell Medical School, a mené l'étude sur quatre ans à l'Institut des biomatériaux de l'UT, Administration de médicaments et médecine régénérative, que dirige Peppas.

Ils ont synthétisé et purifié des nanogels contenant des acides carboxyliques, groupes fonctionnels chimiques qui sont communs dans les molécules biologiques naturelles. Ces groupes fonctionnels ont permis aux chercheurs de modifier, ou couple chimiquement, les nanogels aux molécules bioactives, comme les petites molécules, peptides et protéines. Une combinaison de modifications était nécessaire pour adapter les nanogels à une administration de médicaments ciblée et respectueuse de l'environnement.

"Une façon de penser à notre nanogel est comme une toile vierge, " dit John Clegg, qui était titulaire d'un doctorat. candidat à la Cockrell School lorsqu'il a travaillé sur l'étude et est actuellement stagiaire postdoctoral à l'Université Harvard. "Intouché, une toile vierge n'est rien de plus que du bois et du tissu. De même, le nanogel est une structure simple (faite d'agents de liaison polymère et d'eau). Lorsqu'il est modifié, ou décoré, avec différents groupes bioactifs, il conserve l'activité de chaque groupe ajouté. Donc, le système peut être assez simple ou assez sophistiqué."

L'approche modulaire de l'équipe—combinant de nombreux éléments utiles en un seul, plus grand ensemble - est fréquemment appliqué à d'autres systèmes d'ingénierie, y compris, mais sans s'y limiter, la robotique et la fabrication. Les chercheurs de Texas Engineering ont appliqué une logique similaire, sauf à l'échelle nanométrique, pour développer leurs nanogels.

Les chercheurs indiquent que leurs travaux pourraient également servir de modèle pour des approches de « médecine de précision ». En médecine de précision, un patient est traité avec des doses finement réglées de thérapeutiques ciblées, prescrits dans des quantités qui correspondent aux caractéristiques connues d'un patient et de la maladie qui sont identifiées dans les tests de diagnostic.

« Si les porteurs de nanoparticules comme nos nanogels doivent être utiles pour des applications de médecine de précision, ils devront être suffisamment adaptables pour répondre aux besoins de chaque patient, " Clegg a déclaré. "Nous pensons que notre approche, où un nanogel de base est adapté aux caractéristiques uniques d'un patient individuel et facilite de multiples modalités thérapeutiques, est avantageux par rapport au développement de nombreuses plates-formes distinctes, qui délivrent chacun une seule thérapie."

Les chercheurs pensent que leur étude peut servir de guide pratique et de preuve de concept pour les scientifiques qui développent des matériaux à l'échelle nanométrique pour des applications de médecine de précision.