Les nanoparticules sont activement utilisées en médecine comme agents de contraste ainsi que pour le diagnostic et le traitement de diverses maladies. Cependant, le développement de nouveaux nanoagents multifonctionnels est entravé par la difficulté de surveiller leur circulation sanguine. Recherches de l'Institut de physique et de technologie de Moscou, l'Institut Shemyakin-Ovchinnikov de chimie bioorganique de RAS, Institut de génie physique de Moscou, Institut de physique générale Prokhorov de RAS, et l'Université Sirius ont développé une nouvelle méthode non invasive de mesure des nanoparticules dans le sang qui bénéficie d'une résolution temporelle élevée. Cette technique a révélé les paramètres de base qui affectent la durée de vie des particules dans la circulation sanguine, qui peut potentiellement conduire à la découverte de nouvelles, nanoagents plus efficaces à utiliser en biomédecine. Les résultats de l'étude ont été publiés dans le Journal de la libération contrôlée .

Les applications cliniques des nanoparticules (NP) nécessitent une analyse précise de leur comportement in vivo, en particulier la durée pendant laquelle les NP restent dans le sang. C'est le paramètre qui détermine s'il y a suffisamment de temps pour que la NP se propage dans tout le corps, atteindre leur cible thérapeutique (p. une tumeur), et s'y lier. Alternativement, le temps de circulation trop long peut conduire à l'accumulation des particules dans les tissus sains, augmentant ainsi leur toxicité secondaire.

La circulation des NP dans la circulation sanguine est généralement étudiée en prélevant des échantillons de sang et en mesurant la teneur en nanoagents. "Le problème de telles techniques est que les particules sont souvent éliminées de la circulation sanguine en quelques minutes, de sorte que le chercheur ne peut prélever que deux ou trois échantillons de sang, ce qui est insuffisant pour l'analyse, " a commenté le co-auteur de l'étude Maxim Nikitin, qui dirige le laboratoire de nanobiotechnologie du MIPT.

Mis à part cela, Les prises de sang répétées sont stressantes pour l'organisme et peuvent indirectement affecter la circulation des particules. Les nouvelles méthodes non invasives de surveillance de l'activité des particules in vivo sont donc cruciales pour le développement de la nanomédecine.

Les chercheurs ont utilisé la méthode de quantification des particules magnétiques (MPQ) qu'ils ont développée pour prendre des mesures non invasives de la cinétique des particules sanguines. Des queues de souris ou de lapin ont été placées dans la bobine de détection du lecteur MPQ, puis les animaux ont été injectés avec les nanoparticules, et la concentration de NP dans leurs veines et artères caudales a été surveillée en temps réel. Cette technologie peut également être utilisée avec les humains, e. g., par les mains ou le bout des doigts placés dans la bobine de détection.

La nouvelle méthode offre un moyen non invasif d'obtenir des informations uniques sur la cinétique des particules qui est également plus simple que les approches traditionnelles. Cela permet d'explorer davantage ce qui pourrait influencer le comportement des particules dans la circulation sanguine des animaux.

Les chercheurs ont étudié trois groupes de facteurs, notamment les propriétés physico-chimiques des particules, les particularités de leur administration, et l'état du corps de l'animal. La NP chargée négativement de plus petite taille injectée à des doses plus élevées est restée plus longtemps dans la circulation sanguine. Il a également été constaté que si des particules sont injectées dans le sang à plusieurs reprises, la circulation des doses de particules ultérieures se prolonge de manière significative.

"Il existe des cas similaires en pratique clinique lorsqu'un patient est initialement injecté avec des agents de contraste IRM nanoparticulaires (particules magnétiques) puis avec les NP thérapeutiques telles que les liposomes porteurs de médicaments. Nous avons montré que les particules peuvent s'affecter les unes les autres, qui peuvent influencer le traitement, " a déclaré l'auteur de l'étude, Ivan Zelepoukine, chercheur à l'Institut de chimie bioorganique de l'Académie des sciences de Russie et au MIPT.

Ce qui semblait être l'un des aspects clés était l'état de l'organisme injecté par NP. Par exemple, la circulation des particules pourrait varier considérablement entre les souris de différentes souches génétiques. Notamment, cette différence n'était évidente que pour les petites particules de 50 nanomètres, mais pas pour les plus gros nanoagents. Outre, si l'animal avait une grosse tumeur, les petites NP ont été éliminées du sang plus rapidement; plus la tumeur cancéreuse était grosse, moins la clairance sanguine prenait de temps.

Les chercheurs supposent que cela peut être lié à des changements dynamiques du système immunitaire et à sa capacité accrue à reconnaître les corps étrangers en réponse à une pathologie. Ces résultats attirent l'attention sur l'importance de considérer l'impact de l'état de l'organisme sur l'efficacité des nanoparticules dans la conception des nanomédicaments optimaux, un aspect traditionnellement ignoré.

"C'est la première fois qu'une étude aussi complète de NP avec un taux de clairance extrêmement élevé est réalisée. Cela aurait été impossible sans la méthodologie en cours de développement à l'Institut de physique générale de RAS. La technique MPQ combine une haute sensibilité, haute résolution temporelle, et la précision quantitative. Mis à part cela, il est non invasif et il permet de détecter le contenu NP presque en temps réel, " a déclaré Petr Nikitine, co-auteur de l'étude et directeur du laboratoire de biophotonique de l'Institut de physique générale de RAS.

« Notre méthode nous a permis de détecter de nouveaux schémas de circulation et d'obtenir une grande quantité d'informations précieuses. Par exemple, nous avons découvert que les animaux avaient des dynamiques de particules différentes selon leur statut immunitaire, présence de tumeurs, etc. Pendant ce temps, la méthodologie avancée nécessitait beaucoup moins d'animaux pour l'étude. C'est essentiel non seulement en termes de temps et d'argent mais aussi d'éthique du traitement des animaux selon le principe des 3R (Remplacement, Réduction et Raffinement). Nous supposons qu'une compréhension plus approfondie des mécanismes sous-jacents peut considérablement faciliter la conception rationnelle de nanomatériaux dotés d'une fonctionnalité de surface avancée et d'une pharmacocinétique supérieure pour les diagnostics et les thérapies de prochaine génération."