Les chimistes des polymères et des radionucléides de l'Université de l'Alabama à Birmingham rapportent ce qu'ils disent « peut représenter un grand pas en avant dans les systèmes d'administration de médicaments par microcapsules ».

Les microcapsules UAB—marquées au zirconium-89 radioactif—sont le premier exemple de capsules polymères creuses capables de tomographie par émission de positons sur plusieurs jours, ou PET, imagerie in vivo. Dans des travaux antérieurs, Les chercheurs de l'UAB ont montré que les capsules creuses pouvaient être remplies d'une dose puissante du médicament anticancéreux doxorubicine, qui pourraient ensuite être libérés par des ultrasons thérapeutiques qui rompent les microcapsules.

L'imagerie TEP avec du zirconium-89, qui a une demi-vie de 3,3 jours, a permis de retracer les capsules chez les souris de test jusqu'à sept jours. L'avancée majeure de la recherche actuelle a été l'incorporation covalente d'un chélateur de zirconium, déféroxamine ou DFO, dans les couches des microcapsules. Cela a augmenté la liaison étroite de l'émetteur de positons zirconium-89 sur la paroi de la microcapsule.

« Les systèmes produits représentent un exemple d'agent théranostique avancé avec la possibilité de combiner une administration contrôlée de médicament avec des capacités d'imagerie TEP stables, " a déclaré Eugenia Kharlampieva, Doctorat., et Suzanne Lapi, Doctorat., co-auteurs principaux. « Nous pensons que ce système fournit également les bases d'un vecteur universel d'administration de médicaments qui peut être associé à des traitements ciblés avancés, telles que la thérapie génique adaptée au patient, et peut conduire à l'avancement de la santé humaine grâce à un ciblage moléculaire, délivrance de médicaments de précision guidée par l'image."

Ce système d'administration de médicaments, après modifications de surface pour augmenter les capacités de ciblage, pourrait offrir une alternative non invasive à la chirurgie du cancer ou à la chimiothérapie systémique pour les tumeurs solides. Le terme théranostique, un portemanteau des mots thérapie et diagnostic, désigne des nanoparticules ou des microcapsules qui peuvent servir d'agents d'imagerie diagnostique et de vecteurs thérapeutiques d'administration de médicaments.

La relative rareté des particules fonctionnalisées de zirconium-89, Kharlampieva et Lapi suggèrent, peut être dû à la fois à la rareté des laboratoires capables de travailler avec cet isotope et aux défis associés à son incorporation stable dans un support de médicament polymère. Chez UAB, Kharlampieva est professeur au Département de chimie du Collège des arts et des sciences de l'UAB et codirectrice du Centre des nanomatériaux et de la biointégration de l'UAB. Son laboratoire de chimie des polymères a été le pionnier de la recherche sur les microcapsules creuses construites avec des couches alternées d'acide tannique biocompatible et de poly(N-vinylpyrrolidone), ou TA/PVPON. Les couches sont formées autour d'un noyau sacrificiel qui est dissous une fois les couches terminées. Dans la recherche actuelle, le chélateur DFO était lié de manière covalente au PVPON, et les capsules étaient composées de couches alternées de TA et PVPON-DFO, pour un total de six ou 12 bicouches.

Lapi est professeur de radiologie et vice-président de la recherche translationnelle, et elle est la directrice de l'UAB Cyclotron Facility, qui produit à la fois des radionucléides cliniques et expérimentaux. Lapi dirige également le laboratoire de radiochimie et la division de recherche en imagerie médicale avancée.

Les chercheurs de l'UAB ont découvert que les capsules à six couches (TA/PVPON-DFO) étaient retenues, en moyenne, 17% plus de zirconium-89 que leurs homologues (TA/PVPON), preuve que le fait de lier le DFO au PVPON fournit une chélation stable. L'imagerie TEP in vivo de souris a montré une excellente stabilité et un contraste d'imagerie encore présent sept jours après l'injection. Les capsules accumulées principalement dans la rate, foie et poumons, et il y avait une accumulation négligeable dans le fémur. Puisque le fémur est le site où s'accumule le zirconium-89 libre, cette absence d'accumulation dans le fémur a confirmé la fixation stable du radiotraceur à la capsule. Finalement, l'application de niveaux thérapeutiques d'ultrasons aux capsules fonctionnalisées en zirconium a libéré le médicament anticancéreux doxorubicine - chargé à l'intérieur des microcapsules - en quantités thérapeutiques.

Ainsi, les microcapsules surmontent trois limitations observées dans la majorité des agents théranostiques actuels guidés par PET :1) mauvaise rétention du métal radioactif dans le temps, 2) faibles capacités de chargement de médicaments, et 3) capacité d'imagerie TEP limitée dans le temps.

Co-premiers auteurs de l'étude, "Microcapsules multicouches avec 89Zr chélaté shell pour l'imagerie TEP et l'administration contrôlée, " publié dans la revue Matériaux et interfaces appliqués ACS , étaient Veronika Kozlovskaya, Doctorat., et Aaron Alford, Doctorat., Département de chimie de l'UAB.