Le Centre d'innovation de la nanomédecine au Japon a annoncé qu'une nouvelle stratégie visant spécifiquement le cerveau a été découverte en collaboration avec le Département de bio-ingénierie, Ecole Supérieure d'Ingénieurs, Université de Tokyo. Les détails sont publiés dans le Actes de l'Académie nationale des sciences publié le 23 juillet.

Le traitement des maladies neurologiques est gravement entravé par la mauvaise administration des thérapies au cerveau en raison de la présence de la barrière hémato-encéphalique (BHE), une barrière cellulaire hautement imperméable composée principalement de cellules endothéliales spécialisées tapissant la microvascularisation cérébrale. Les stratégies basées sur la nanotechnologie ont obtenu un succès modeste dans l'administration de thérapies au cerveau en les chargeant sur des nanomachines décorées de ligands qui se lient aux protéines associées à la BHE. Cependant, de telles stratégies de ciblage ont des limitations inhérentes à la spécificité du cerveau, comme les protéines cibles sont également exprimées de manière significative dans les organes périphériques, conduisant à une accumulation accrue de nanomachines, par exemple dans les poumons et le cœur. Par conséquent, la traduction clinique des stratégies actuelles est entravée par des effets secondaires périphériques néfastes et des doses thérapeutiques efficaces réduites atteignant le cerveau. D'où, de nouvelles stratégies qui exploitent des caractéristiques alternatives de la BBB doivent être développées pour surmonter l'accumulation « hors cible » de nanomachines.

Le groupe du professeur Kataoka a développé une méthode simple, stratégie pourtant contre-intuitive qui transforme le problème de l'administration de la thérapie au cerveau, C'est, la haute imperméabilité des cellules endothéliales cérébrales, dans la solution pour obtenir un ciblage cérébral spécifique des nanomachines avec une augmentation minimale de l'accumulation dans les organes périphériques.

L'imperméabilité élevée des cellules endothéliales cérébrales est en grande partie due à un niveau d'endocytose nettement réduit par rapport aux cellules endothéliales périphériques. Cette fonctionnalité peut donc être exploitée pour promouvoir le libre, marqueurs moléculaires non conjugués à retenir sélectivement à la surface des cellules endothéliales du cerveau tout en étant rapidement éliminés (endocytosés) de la surface des cellules endothéliales d'autres organes du corps. De cette façon, les nanomachines capables de reconnaître efficacement les marqueurs moléculaires affichés sont spécifiquement ciblées sur le cerveau avec un ciblage minimal vers d'autres organes.

La faisabilité d'une telle approche a été démontrée en utilisant des anticorps contenant de la biotine contre la protéine Platelet Endothelial Cell Adhesion Molecule (PECAM)-1, qui s'exprime dans le système vasculaire de la plupart des organes. Les auteurs ont démontré que si des nanomachines décorées avec la protéine avidine (capable de se lier très fortement à la biotine) sont injectées à des souris peu de temps après l'injection d'anticorps biotine-PECAM-1, les nanomachines s'accumulent préférentiellement dans le poumon, avec accumulation également observée dans le cerveau, coeur et pancréas. Cependant, si l'intervalle de temps entre l'injection d'anticorps et la nanomachine est augmenté pour permettre l'élimination de l'anticorps de la surface des cellules endothéliales périphériques, la capacité des nanomachines à s'accumuler dans le poumon, le cœur et le pancréas diminue régulièrement, tandis que l'accumulation dans le cerveau reste constante. D'où, après un intervalle de huit heures, les nanomachines ne visaient que le cerveau, sans augmentation de l'accumulation observée dans aucun organe périphérique.

Cette nouvelle stratégie de ciblage en deux étapes ouvre donc la voie pour surmonter la limitation de l'accumulation périphérique de nanomachines « hors cible », augmentant ainsi la traduction clinique des thérapies basées sur les nanomachines.