Les maladies cardiaques et les accidents vasculaires cérébraux sont les deux maladies les plus mortelles au monde, causant plus de 15 millions de morts en 2016 selon l'Organisation mondiale de la santé. Un facteur sous-jacent clé de ces deux crises sanitaires mondiales est la condition commune, athérosclérose, ou l'accumulation de dépôts graisseux, inflammation et plaque sur les parois des vaisseaux sanguins. A 40 ans, environ la moitié d'entre nous auront cette condition, beaucoup sans symptômes.

Une nouvelle innovation nanoparticulaire des chercheurs du département de génie biomédical de l'USC Viterbi pourrait permettre aux médecins de déterminer quand la plaque devient dangereuse en détectant les calcifications instables qui peuvent déclencher des crises cardiaques et des accidents vasculaires cérébraux.

La recherche—de Ph.D. l'étudiante Deborah Chin sous la supervision d'Eun Ji Chung, la Chaire de début de carrière Dr Karl Jacob Jr. et Karl Jacob III, en collaboration avec Grégory Magee, professeur adjoint de chirurgie clinique de la Keck School of Medicine de l'USC—a été publié dans le Royal Society of Chemistry's Journal de la chimie des matériaux B .

Lorsque l'athérosclérose survient dans les artères coronaires, les blocages dus à la plaque ou les ruptures induites par la calcification peuvent conduire à un caillot, couper le flux sanguin vers le cœur, qui est la cause de la plupart des crises cardiaques. Lorsque la condition se produit dans les vaisseaux menant au cerveau, cela peut provoquer un accident vasculaire cérébral.

"Une artère n'a pas besoin d'être bloquée à 80% pour être dangereuse. Une artère avec 45% de blocage par des plaques pourrait être plus sujette à la rupture, " a déclaré Chung. " Ce n'est pas parce que c'est une grande plaque que c'est nécessairement une plaque instable. "

Chung a dit que lorsque de petits dépôts de calcium, appelées microcalcifications, forme dans les plaques artérielles, la plaque peut devenir sujette à la rupture.

Cependant, identifier si la calcification des vaisseaux sanguins est instable et susceptible de se rompre est particulièrement difficile à l'aide des méthodes traditionnelles de tomodensitométrie et d'IRM, ou angiographie, qui comporte d'autres risques.

« L'angiographie nécessite l'utilisation de cathéters invasifs et présentant des risques inhérents de lésions tissulaires, " dit Chin, l'auteur principal. "Les tomodensitogrammes en revanche, impliquent des rayonnements ionisants qui peuvent causer d'autres effets néfastes sur les tissus.

Chung a déclaré que les limites de résolution de l'imagerie traditionnelle offrent aux médecins une "vue à vol d'oiseau" d'une calcification de plus grande taille, ce qui n'est pas forcément dangereux. "Si la calcification est à l'échelle micro, il peut être plus difficile à choisir, " elle a dit.

L'équipe de recherche a développé une nanoparticule, connu sous le nom de micelle, qui se fixe et éclaire la calcification pour faciliter la visualisation des petits blocages susceptibles de se rompre lors de l'imagerie.

Chin a déclaré que les micelles sont capables de cibler spécifiquement l'hydroxyapatite, une forme unique de calcium présente dans les artères et les plaques d'athérosclérose.

"Nos nanoparticules micellaires présentent une toxicité minimale pour les cellules et les tissus et sont hautement spécifiques aux calcifications d'hydroxyapatite, " dit Chin. " Ainsi, cela minimise l'incertitude dans l'identification des calcifications vasculaires nocives."

L'équipe a testé leur nanoparticule sur des cellules calcifiées dans une boîte, dans un modèle murin d'athérosclérose, ainsi que l'utilisation d'échantillons d'artères provenant de patients fournis par un chirurgien vasculaire, Magee, ce qui montre leur applicabilité non seulement chez les petits animaux mais dans les tissus humains.

"Dans notre cas, nous avons démontré que notre nanoparticule se lie à la calcification dans le modèle murin le plus couramment utilisé pour l'athérosclérose et fonctionne également dans le tissu vasculaire calcifié dérivé de patients, " dit Chin.

Chung a déclaré que la prochaine étape pour l'équipe était d'exploiter les particules micellaires à utiliser dans une thérapie médicamenteuse ciblée pour traiter la calcification dans les artères, plutôt que simplement comme moyen de détecter les blocages potentiels.

"L'idée derrière les nanoparticules et la nanomédecine est qu'il peut s'agir d'un support comme le système de support Amazon, transporter des médicaments directement à une adresse ou à un endroit spécifique dans le corps, et pas dans des endroits où tu ne veux pas qu'il aille, " dit Chung.

"J'espère que cela peut permettre des doses plus faibles, mais une efficacité élevée sur le site de la maladie sans nuire aux cellules normales et aux processus organiques, " elle a dit.