Alors que la racine de curcuma est utilisée en médecine dans le monde entier depuis des siècles, la science a découvert que son principal composant chimique, la curcumine, se décompose dans le corps avant que ses avantages ultimes ne puissent être atteints. Une collaboration passionnante entre les chercheurs de l'Université Carnegie Mellon Sai Yerneni, Phil Campbell, Burak Ozdoganlar et Ezgi Yalcintas a créé une approche unique pour permettre l'utilisation de la curcumine en tant que thérapeutique robuste.

La curcumine est un polyphénol anticancéreux, anti-inflammatoire, antioxydant et antibactérien présent dans le curcuma. Cependant, sa forme isolée et pure n'est pas stable en raison de sa dégradation rapide à l'intérieur et de son élimination du corps. Cela représente l'un des plus grands obstacles à sa traduction en tant que thérapeutique pratique. Cela motive également les chercheurs à explorer des stratégies d'encapsulation pour protéger la curcumine à l'intérieur du corps humain.

Une telle approche d'encapsulation consiste à incorporer la curcumine dans les exosomes. Les exosomes sont des vésicules extracellulaires nanométriques que le corps humain utilise pour la communication de cellule à cellule en déplaçant des protéines, des lipides, des acides nucléiques et des métabolites. En plaçant la curcumine dans les exosomes, le produit chimique est suffisamment stable pour voyager dans tout le corps et obtenir son effet thérapeutique. Bien que d'autres chercheurs aient tenté d'utiliser des exosomes pour administrer la curcumine, l'amélioration de la stabilité de la curcumine était insuffisante pour son utilisation en tant que thérapeutique.

L'albumine, une protéine stabilisatrice naturelle présente dans le corps humain, peut relever ce défi. Yerneni, chercheur postdoctoral en génie chimique, et Campbell, professeur-chercheur en génie biomédical, ont développé une approche hybride pour tirer parti des propriétés uniques des exosomes et de l'albumine. Ils ont conçu un système hybride exosome-albumine pour fournir des thérapeutiques, y compris la curcumine.

"Les tentatives antérieures de chargement de la curcumine dans diverses nanoparticules liées à la membrane lipidique souffraient du fait que la curcumine était chargée de manière peu fiable ou soumise à des temps de rétention courts, alors que l'inclusion d'albumine se lie à la curcumine en la maintenant dans la lumière de l'exosome, protégée de la dégradation, " a déclaré Campbell.

Bien que l'association albumine-curcumine et l'encapsulation d'exosomes puissent fournir un système d'administration de médicament stable, l'administration ciblée aux tissus ou organes souhaités reste un autre défi. Lorsqu'ils sont injectés dans le sang, la plupart des exosomes ont tendance à s'accumuler dans le foie plutôt qu'à atteindre l'organe ou le tissu ciblé. À cette fin, une approche attrayante consiste à fournir les exosomes contenant de la curcumine-albumine à l'aide de patchs à micro-aiguilles pour des applications ciblées sur la peau.

Les réseaux de micro-aiguilles (MNA) contiennent des dizaines ou des centaines d'aiguilles, chacune aussi fine qu'un cheveu humain et invisible à l'œil nu. Grâce à un processus de fabrication et d'application d'abord, ces aiguilles à micro-échelle sont disposées dans un format de réseau sur un patch plus petit qu'un centime. Les micro-aiguilles solubles sont formées en mélangeant le médicament - des exosomes dans ce cas - avec un type de sucre et en les solidifiant dans leur forme.

Lorsqu'elles sont insérées dans les tissus, les aiguilles se dissolvent et administrent le médicament de manière ciblée et précise. En raison de leur petite taille, les micro-aiguilles ne causent pas de lésions tissulaires. En tant que tels, ils peuvent être utilisés comme un moyen sans douleur d'administrer des produits thérapeutiques dans ou à travers la peau, améliorant ainsi l'observance du patient et l'administration ciblée. Notamment, les patchs à micro-aiguilles peuvent être administrés par les patients eux-mêmes sans équipement ni formation spécialisée.

Les chercheurs ont trouvé un autre avantage majeur à l'utilisation des ANM. Lorsque les composés de curcumine enrichis en exosomes ont été incorporés dans les ANM, l'équipe a découvert que la stabilité de ces composés à température ambiante augmentait considérablement. Le système peut être stocké jusqu'à un an sans avoir besoin d'un entrepôt frigorifique.

"C'est important car l'un des principaux inconvénients des vaccins actuels est la logistique de transport nécessitant un entreposage frigorifique", a déclaré Yerneni. Il a expliqué que cela désavantage particulièrement les pays les plus pauvres qui ne peuvent pas faciliter les longues chaînes d'approvisionnement de stockage frigorifique. Yerneni est optimiste que cette technologie peut surmonter ces obstacles.

Un voyage collaboratif

Yerneni et Campbell n'avaient pas eu besoin d'aller bien loin pour trouver un collaborateur pour délivrer des exosomes à l'aide de réseaux de micro-aiguilles, car l'un des plus grands experts mondiaux de la technologie se trouvait juste au bout du couloir. Burak Ozdoganlar, professeur de génie mécanique, dirigeait les efforts pour développer différentes micro-aiguilles depuis plus d'une décennie avec feu Lee Weiss, professeur à l'Institut de robotique de Carnegie Mellon.

L'une des inspirations originales des députés est venue de Weiss, qui a conceptualisé l'idée de "micro-velcro", ou micro-barbes, un ensemble de projets en titane en forme de pointe de flèche. Ozdoganlar et Weiss ont travaillé ensemble au milieu des années 2000, développant des méthodes de fabrication pour concrétiser le "micro-velcro". Plus tard, Ozdoganlar a collaboré avec des chercheurs médicaux de l'Université de Pittsburgh pour démontrer l'application des ANM pour une gamme de maladies et d'affections, y compris le cancer de la peau, et plus récemment, pour la vaccination COVID.

Yalcintas, un ancien Ph.D. étudiant du groupe de recherche d'Ozdoganlar, a travaillé en étroite collaboration avec Yerneni sur le projet de curcumine. "Il s'agissait d'une véritable collaboration entre deux groupes de recherche exceptionnels. Grâce à l'excellent travail d'Ezgi et Sai, nous avons réussi à démontrer l'apport local de curcumine à la peau et son efficacité à bloquer et à réduire l'inflammation", a déclaré Ozdoganlar. "Cela peut avoir un impact considérable sur le traitement d'une gamme d'affections cutanées et éventuellement de divers cancers de la peau."

Publié dans Acta Biomaterialia , les recherches de l'équipe démontrent que le système hybride exosome/MNA est un moyen efficace de délivrer la curcumine à la peau. Cela permettra aux médecins d'utiliser la curcumine comme thérapeutique entièrement naturelle. L'équipe a montré qu'il s'agissait d'un traitement efficace pour réduire l'inflammation cutanée locale dans de petits modèles animaux, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour explorer les autres propriétés de la curcumine.

Ensuite, l'équipe prévoit de mener d'autres expériences en utilisant des modèles animaux spécifiques à la maladie pour prouver que les avantages de la curcumine peuvent être réalisés en utilisant un système d'administration d'exosome-albumine et des réseaux de micro-aiguilles.

"Nous avons chargé avec succès le système de livraison d'exosome-albumine avec de la curcumine", a déclaré Yerneni. "Cette technologie est étendue pour délivrer d'autres médicaments et contrôler potentiellement d'autres maladies de la peau telles que le cancer (mélanome), le psoriasis et les ulcères cutanés." + Explorer plus loin

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