Des nano-ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont développé des nanoparticules imitant les cellules immunitaires qui ciblent l'inflammation dans les poumons et délivrent des médicaments directement là où ils sont nécessaires. Comme preuve de concept, les chercheurs ont rempli les nanoparticules avec le médicament dexaméthasone et les ont administrées à des souris présentant des tissus pulmonaires enflammés. L'inflammation a été complètement traitée chez la souris compte tenu des nanoparticules, à une concentration de médicament où les méthodes d'administration standard n'avaient aucune efficacité.

Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes dans Avancées scientifiques le 16 juin.

La particularité de ces nanoparticules est qu'elles sont recouvertes d'une membrane cellulaire qui a été génétiquement modifiée pour rechercher et se lier aux cellules pulmonaires enflammées. Ce sont les dernières de la lignée des nanoparticules dites recouvertes de membrane cellulaire qui ont été développées par le laboratoire du professeur de nano-ingénierie de l'UC San Diego, Liangfang Zhang. Son laboratoire a déjà utilisé des nanoparticules recouvertes de membrane cellulaire pour absorber les toxines produites par le SARM; traiter la septicémie ; et entraîner le système immunitaire à combattre le cancer. Mais alors que ces membranes cellulaires précédentes étaient naturellement dérivées des cellules du corps, les membranes cellulaires utilisées pour enrober cette nanoparticule remplie de dexaméthasone ne l'étaient pas.

"Dans ce document, nous avons utilisé une approche de génie génétique pour modifier les protéines de surface sur les cellules avant de collecter les membranes. Cela a considérablement fait progresser notre technologie en nous permettant de surexprimer avec précision certaines protéines fonctionnelles sur les membranes ou de désactiver certaines protéines indésirables, " dit Zhang, qui est un auteur principal de l'article.

Parc Joon Ho, un étudiant diplômé du laboratoire de Zhang et premier auteur de l'article, a déclaré que les chercheurs ont remarqué que lorsque les cellules endothéliales deviennent enflammées, ils surexpriment une protéine appelée VCAM1, dont le but est d'attirer les cellules immunitaires vers le site de l'inflammation. En réponse, les cellules immunitaires expriment une protéine appelée VLA4, qui recherche et se lie à VCAM1.

« Nous avons conçu des membranes cellulaires pour exprimer la version complète de VLA4 à tout moment, " a déclaré Park. "Ces membranes surexpriment constamment VLA4 afin de rechercher VCAM1 et le site de l'inflammation. Ces membranes cellulaires modifiées permettent à la nanoparticule de trouver les sites enflammés, puis libère le médicament qui se trouve à l'intérieur de la nanoparticule pour traiter la zone spécifique de l'inflammation."

Bien que la nanoparticule n'améliore pas directement l'efficacité du médicament, la dexaméthasone dans ce cas, la concentration sur le site d'intérêt peut signifier qu'une dose plus faible est requise. Cette étude a montré que la dexaméthasone s'accumulait au site d'intérêt à des niveaux plus élevés, et plus vite, que les approches standard d'administration de médicaments.

"Nous livrons exactement le même médicament utilisé dans la clinique, mais la différence est que nous concentrons les médicaments sur le point d'intérêt, " a déclaré Park. " En ayant ces nanoparticules cibler le site de l'inflammation, cela signifie qu'une plus grande partie du médicament se retrouvera là où c'est nécessaire, et ne pas être éliminé par le corps avant qu'il ne puisse s'accumuler et être efficace."

Les chercheurs notent que cette approche de membrane cellulaire génétiquement modifiée est une plate-forme technologique qui, en théorie, peut être utilisée pour cibler non seulement l'inflammation dans d'autres zones du corps - VCAM1 est un signal universel d'inflammation - mais aussi des cas d'utilisation beaucoup plus larges.

"C'est une plateforme polyvalente, pas seulement pour l'inflammation pulmonaire, mais tout type d'inflammation qui régule positivement VCAM1, " a déclaré Park. " Cette technologie peut être généralisée; cette nanoparticule recouverte d'une membrane cellulaire modifiée n'a pas à surexprimer VLA4, elle pourrait être remplacée par une autre protéine qui peut cibler d'autres zones du corps ou atteindre d'autres objectifs. »

Pour concevoir les membranes cellulaires pour surexprimer la protéine VLA4, Park et l'équipe commencent par emballer les gènes VLA4 dans un vecteur viral. Ils insèrent ensuite ce vecteur viral reprogrammé dans des cellules hôtes cultivées en laboratoire et dérivées de souris. Les cellules incorporent les gènes que le vecteur viral porte dans leur propre génome et, par conséquent, produisent des membranes qui surexpriment constamment VLA4.

La prochaine étape des chercheurs consiste à étudier le processus à l'aide de membranes cellulaires humaines, au lieu de membranes cellulaires de souris, qui sont conçus pour exprimer la version humaine de VLA4. De nombreuses étapes sont encore nécessaires avant que la technologie puisse être testée dans des essais cliniques humains, mais les chercheurs disent que ces premiers résultats de la technologie de la plate-forme sont encourageants.

"En tirant parti des techniques établies d'édition de gènes, cette étude fait passer les nanoparticules recouvertes de membrane cellulaire à un nouveau niveau et ouvre de nouvelles opportunités pour l'administration ciblée de médicaments et d'autres applications médicales", conclu par Zhang.