Les inhalateurs à base de stéroïdes fournissent des médicaments vitaux à des millions de asthmatiques, procurant un soulagement et la capacité de simplement respirer. Malheureusement, les inhalateurs ne fonctionnent pas pour tous les patients, et avec des taux à la hausse pour une maladie qui entraîne des centaines de milliers de décès dans le monde chaque année, de nouveaux traitements et stratégies contre l'asthme sont nécessaires.

Une équipe de chercheurs de l'UConn, dont la professeure adjointe de chimie au Collège des arts libéraux et des sciences Jessica Rouge et professeure agrégée de pathobiologie au Collège d'agriculture, Santé, et Natural Resources Steven Szczepanek - collaborent pour développer de nouveaux traitements contre l'asthme à l'aide de nanocapsules de silençage génique dans le but d'aider les patients qui ne bénéficient pas des traitements existants. Leurs recherches ont été publiées dans ACS Nano .

"Lors du traitement de l'asthme, beaucoup de gens pensent que les médicaments anti-inflammatoires à petites molécules sont la voie à suivre, mais il y a beaucoup de patients asthmatiques qui ne répondent pas aux corticoïdes, " dit Rouge. " Il y a un besoin non satisfait de créer différentes thérapies qui peuvent supprimer l'asthme pour ce groupe de personnes. "

le groupe de recherche de Rouge, y compris les co-auteurs Ph.D. étudiante Shraddha Sawant et Alyssa Hartmann '20 Ph.D., conçoit des nanomatériaux et des thérapies ciblées qui délivrent des messages de silençage génique aux cellules. Cet article détaille une nanocapsule d'acide nucléique (NAN) conçue pour délivrer sélectivement une enzyme, appelé DNAzyme, pour faire taire une composante de la réponse immunitaire, appelé GATA-3, qui conduit à la surexpression des composants immunitaires qui jouent un rôle important dans les crises d'asthme allergique.

Szczepanek explique qu'il existe différents types d'asthme, et cette technologie est conçue pour traiter spécifiquement l'asthme allergique, qui constitue environ 50 % des cas chez l'adulte et 90 % chez l'enfant. Les traitements à base de GATA-3 sont déjà prometteurs dans les essais cliniques, et Rouge dit qu'en associant la séquence à la nanotechnologie, ils espèrent fournir des moyens d'administration et de traitement plus efficaces directement à la source de l'inflammation.

"Lors de l'utilisation de nanomatériaux, nous essayons d'administrer la thérapie d'une manière qui pourrait nous permettre d'utiliser moins de matériaux pour obtenir un effet plus important, " dit Rouge.

Leur système est basé sur des tensioactifs qui s'assemblent en micelles, semblable à de minuscules bulles, et se déroule dans un processus par étapes, chacun ayant une taille d'environ 60 nanomètres.

"D'abord, nous synthétisons ce qu'on appelle un tensioactif, c'est un peu comme du savon et forme essentiellement une bulle à l'échelle nanométrique. Ensuite, nous modifions la chimie de surface de cette bulle afin qu'elle puisse se conjuguer ou se connecter à l'ADN. L'étape suivante, et ce qui est unique à notre laboratoire, est-ce que nous utilisons des enzymes pour construire la pièce suivante pour attacher la séquence d'ADN qui clive essentiellement l'ARNm codant pour GATA-3, " dit Rouge.

Les nanocapsules ont ensuite été caractérisées et vérifiées si elles pouvaient cliver les lignées cellulaires cibles d'acide nucléique in vitro et les résultats étaient prometteurs.

"Nous avons montré que ces séquences de silençage génique étaient efficacement délivrées à l'aide de notre formulation et nous avons constaté qu'elles renversaient le gène cible d'intérêt. C'était une première étape passionnante, " dit Rouge.

Rouge a apporté les données à Szczepanek pour voir si son groupe de recherche, y compris les co-auteurs et étudiants diplômés Tyler Gavitt '21 Ph.D. et Arlind Mara '21 Ph.D., qui étudient les agents pathogènes respiratoires et la pathologie des maladies, serait intéressé à collaborer sur les prochaines étapes de la recherche pour voir comment la technologie fonctionnait in vivo et si elle pourrait être pertinente sur le plan clinique.

Ayant étudié l'asthme dans le cadre de ses recherches post-doctorales, et avec son laboratoire équipé pour passer aux prochaines étapes, Szczepanek dit que la collaboration était un ajustement naturel.

"Je pensais que cette technologie de silençage génique était une application fantastique pour un traitement contre l'asthme."

Les chercheurs ont testé l'efficacité de GATA-3 DNAzyme-NAN dans un modèle de souris asthmatique allergique sensible aux acariens. Les résultats ont montré que les poumons des souris traitées avec les NAN présentaient moins de dommages inflammatoires par rapport au groupe témoin non traité. Le traitement a également réduit la présence de cellules immunitaires inflammatoires, appelés éosinophiles, qui contribuent à l'obstruction des voies respiratoires (voir encadré).

"Non seulement avons-nous vu une réduction substantielle des phénotypes d'asthme dans notre modèle de souris, mais nous avons testé les DNAzyme-NAN de GATA-3 dans les globules blancs humains et avons constaté à la fois l'absorption des nanoparticules et la suppression de l'expression du gène d'intérêt. Cette combinaison de données me rend vraiment optimiste quant au potentiel translationnel des nanoparticules pour la santé humaine, " dit Szczepanek.

Rouge signale un autre détail important :« D'une manière générale, en mettant des nanoparticules dans nos poumons, vous pourriez penser qu'ils pourraient provoquer une inflammation. Cependant, nous étions vraiment excités qu'aux doses que nous utilisions, le nanosupport à lui seul n'a pas causé d'inflammation."

"Je crois que notre nanoconstruction unique est très prometteuse dans le domaine de la livraison d'oligonucléotides, " dit Sawant. " Je suis heureux de faire partie de cette recherche collaborative car elle marque le début du développement du NAN en tant que nanosupport in vivo efficace. "

Rouge dit que la prochaine étape est, espérons-le, d'obtenir un financement du NIH pour poursuivre la recherche :« Nous voulons comprendre, Où vont ces nanocapsules ? Nous devons faire une étude de biodistribution et d'autres prochaines étapes logiques, comme la pharmacocinétique et déterminer combien de temps ces thérapies durent dans un organisme."

Les chercheurs ont récemment obtenu un brevet pour la formulation de nanocapsules, et ils espèrent le commercialiser. Szczepanek explique que l'équipe envisage que, finalement, la technologie pourrait être délivrée au patient via un inhalateur, comme les médicaments contre l'asthme actuels et, selon exactement comment il est formulé, qu'il pourrait cibler l'inflammation active ou agir comme mesure prophylactique. Rouge ajoute que cette technologie a le potentiel d'être personnalisable.

"Le thème principal est que différentes personnes réagissent différemment aux maladies en général, il existe donc un potentiel pour la médecine personnalisée. Nous envisageons un changement de paradigme car si vous connaissez la génétique de quelqu'un en termes d'intensité ou de surexpression d'un gène particulier ou s'il est régulé à la hausse, nous pourrions le traiter ou au moins le déprimer."

Qu'est-ce qui cause une crise d'asthme?

Szczepanek explique que l'asthme allergique survient lorsque le système immunitaire devient sensibilisé à quelque chose d'omniprésent et généralement inoffensif dans l'environnement, comme les acariens de la poussière de maison.

"La sensibilisation pousse la composante mémoire de nos cellules T dans ce qu'on appelle un phénotype Th2. Les cellules T font partie de notre système immunitaire adaptatif qui" se souvient " d'une exposition précédente à un stimulus contre lequel nous avons dû monter une réponse immunitaire. bactéries et virus, Ce qui est une bonne chose, puisque nous voulons nous souvenir des agents pathogènes comme la grippe, par exemple. Mais ce n'est pas bon quand vous montez une réponse immunitaire contre la poussière qui est dans l'air tout le temps, car cela peut entraîner des effets secondaires assez graves."

Les résultats et la gravité varient d'une personne à l'autre, dit Szczepanek.

"Nous voyons une inflammation des voies respiratoires résultant du fait que davantage de cellules immunitaires pénètrent dans les espaces aériens, et cela va rendre les voies respiratoires plus petites. Ces cellules activent les cellules caliciformes dans les voies respiratoires, qui sont des cellules qui produisent du mucus et lorsque vous hyperactivez ces cellules caliciformes, vous obtenez des tonnes de mucus qui pénètrent dans les voies respiratoires qui sont déjà enflammées et donc constrictives. Cela crée de plus en plus de problèmes et réduit la capacité d'un asthmatique à respirer pendant une crise d'asthme. Et puis enfin, vous avez également une bronchoconstriction, ce qui se produit lorsque la couche de muscle lisse entourant les bronchioles des poumons se contracte. C'est un problème de santé publique important car une très grande partie de la population est susceptible de développer de l'asthme."