Les ingénieurs du MIT ont montré qu'ils peuvent améliorer les performances des nanoparticules d'administration de médicaments en contrôlant un trait de structures chimiques connu sous le nom de chiralité, la « maniabilité » de la structure.

De nombreuses molécules biologiques peuvent se présenter sous des formes droitières ou gauchers, qui sont identiques dans la composition mais sont des images miroir l'une de l'autre.

L'équipe du MIT a découvert que le revêtement des nanoparticules avec la forme droitière de l'acide aminé cystéine aidait les particules à éviter d'être détruites par les enzymes du corps. Cela les a également aidés à entrer plus efficacement dans les cellules. Cette découverte pourrait aider les chercheurs à concevoir des supports plus efficaces pour les médicaments pour traiter le cancer et d'autres maladies, dit Robert Langer, le professeur David H. Koch Institute au MIT et membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research.

"Nous sommes très enthousiastes à propos de cet article car le contrôle de la chiralité offre de nouvelles possibilités d'administration de médicaments et donc de nouveaux traitements médicaux, " dit Langer, qui est l'un des auteurs principaux de l'article.

Ana Jaklènec, chercheur à l'Institut Koch, est également un auteur principal de l'article, qui apparaît dans Matériaux avancés le 4 novembre. L'auteur principal de l'article est Jihyeon Yeom, postdoctorant du MIT. Les autres auteurs de l'article sont les anciens post-doctorants du MIT Pedro Guimaraes et Kevin McHugh, Post-doctorant MIT Quanyin Hu, et l'affilié de recherche de l'Institut Koch Michael Mitchell. Hyo Min Ahn, Bo Kyeong Jung, et Chae-Ok Yun de l'Université Hanyang à Séoul, Corée du Sud, sont également les auteurs de l'article.

Interactions chirales

De nombreuses molécules biologiquement importantes ont évolué pour exister exclusivement dans des versions droitières ("D") ou gauchers ("L"), aussi appelés énantiomères. Par exemple, les acides aminés naturels sont toujours des énantiomères "L", tandis que l'ADN et le glucose sont généralement "D".

« La chiralité est omniprésente dans la nature, conférer un caractère unique et spécifique aux propriétés biologiques et chimiques des matériaux, " dit Yeom. "Par exemple, les molécules formées avec la même composition ont un goût sucré ou amer et une odeur différente selon leur chiralité, et un énantiomère est inactif ou même toxique tandis que l'autre énantiomère peut remplir une fonction biologique importante."

L'équipe du MIT a émis l'hypothèse qu'il serait possible de tirer parti des interactions chirales pour améliorer les performances des nanoparticules d'administration de médicaments. Pour tester cette idée, ils ont créé des "supraparticules" constituées d'amas de particules d'oxyde de cobalt de 2 nanomètres dont la chiralité était fournie par la version "D" ou "L" de la cystéine sur les surfaces.

En faisant circuler ces particules le long d'un canal bordé de cellules cancéreuses, y compris le myélome et les cellules cancéreuses du sein, les chercheurs ont pu tester dans quelle mesure chaque type de particule était absorbé par les cellules. Ils ont découvert que les particules recouvertes de cystéine « D » étaient absorbées plus efficacement, ce qu'ils croient être parce qu'ils sont capables d'interagir plus fortement avec le cholestérol et d'autres lipides présents dans la membrane cellulaire, qui ont également l'orientation "D".

Les chercheurs pensaient également que la version "D" de la cystéine pourrait aider les nanoparticules à éviter d'être décomposées par les enzymes du corps, qui sont constitués d'acides aminés "L". Cela pourrait permettre aux particules de circuler dans le corps pendant de plus longues périodes, leur permettant d'atteindre plus facilement leurs destinations prévues.

Dans une étude sur des souris, les chercheurs ont découvert que les particules recouvertes de « D » restaient plus longtemps dans la circulation sanguine, suggérant qu'ils étaient capables d'échapper avec succès aux enzymes qui détruisaient les particules recouvertes de "L". Environ deux heures après l'injection, le nombre de particules "D" en circulation était bien supérieur au nombre de particules "L", et il est resté plus élevé au cours des 24 heures de l'expérience.

« Il s'agit d'une première étape pour déterminer comment la chiralité peut potentiellement aider ces particules à atteindre les cellules cancéreuses et à augmenter le temps de circulation. La prochaine étape consiste à voir si nous pouvons réellement faire une différence dans le traitement du cancer. " dit Jaklenec.

Particules modifiées

Les chercheurs prévoient maintenant de tester cette approche avec d'autres types de particules de délivrance de médicaments. Dans un projet, ils étudient si le revêtement de particules d'or avec des acides aminés « D » améliorera leur capacité à administrer des médicaments anticancéreux chez la souris. En autre, ils utilisent cette approche pour modifier les adénovirus, que certains de leurs collaborateurs développent comme une nouvelle façon potentielle de traiter le cancer.

"Dans cette étude, nous avons montré que la chiralité « D » permet un temps de circulation plus long et une absorption accrue par les cellules cancéreuses. L'étape suivante consisterait à déterminer si les particules chirales chargées de médicament donnent une efficacité améliorée ou prolongée par rapport au médicament libre, " dit Jaklenec. "Ceci est potentiellement traduisible en pratiquement n'importe quelle nanoparticule."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.