Les blessures traumatiques sont la principale cause de décès aux États-Unis chez les personnes de 45 ans et moins, et ces blessures représentent plus de 3 millions de décès par an dans le monde. Pour réduire le nombre de décès dus à de telles blessures, de nombreux chercheurs travaillent sur des nanoparticules injectables qui peuvent se loger sur le site d'une blessure interne et attirer des cellules qui aident à arrêter le saignement jusqu'à ce que le patient puisse se rendre à l'hôpital pour un traitement ultérieur.

Bien que certaines de ces particules se soient révélées prometteuses dans des études sur des animaux, aucune n'a encore été testée sur des patients humains. L'une des raisons en est le manque d'informations concernant le mécanisme d'action et la sécurité potentielle de ces particules. Pour mieux comprendre ces facteurs, les ingénieurs chimistes du MIT ont réalisé la première étude systématique sur la façon dont les nanoparticules de polymère de différentes tailles circulent dans le corps et interagissent avec les plaquettes, les cellules qui favorisent la coagulation du sang.

Dans une étude sur des rats, les chercheurs ont montré que les particules d'une taille intermédiaire, d'environ 150 nanomètres de diamètre, étaient les plus efficaces pour arrêter les saignements. Ces particules étaient également beaucoup moins susceptibles de se déplacer vers les poumons ou d'autres sites non ciblés, ce que font souvent les particules plus grosses.

"Avec les nanosystèmes, il y a toujours une certaine accumulation dans le foie et la rate, mais nous aimerions qu'une plus grande partie du système actif s'accumule au niveau de la plaie qu'au niveau de ces sites de filtration dans le corps", déclare Paula Hammond, professeure au MIT Institute. , chef du département de génie chimique et membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT.

Hammond ; Bradley Olsen, professeur de génie chimique Alexander et I. Michael Kasser; et George Velmahos, professeur de chirurgie à la Harvard Medical School et chef des services de traumatologie, de chirurgie d'urgence et de soins intensifs chirurgicaux au Massachusetts General Hospital, sont les principaux auteurs de l'étude.

Celestine Hong, étudiante diplômée du MIT, est l'auteur principal de l'article, qui paraît dans la revue ACS Nano .

Effets de taille

Les nanoparticules capables d'arrêter le saignement, également appelées nanoparticules hémostatiques, peuvent être fabriquées de différentes manières. L'une des stratégies les plus couramment utilisées consiste à créer des nanoparticules constituées d'un polymère biocompatible conjugué à une protéine ou à un peptide qui attire les plaquettes, les cellules sanguines qui initient la coagulation du sang.

Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé un polymère connu sous le nom de PEG-PLGA, conjugué à un peptide appelé GRGDS, pour fabriquer leurs particules. La plupart des études précédentes sur les particules polymères pour arrêter le saignement se sont concentrées sur des particules dont la taille varie de 300 à 500 nanomètres. Cependant, peu d'études, voire aucune, ont systématiquement analysé comment la taille affecte la fonction des nanoparticules.

"Nous essayions vraiment de voir comment la taille de la nanoparticule affecte ses interactions avec la plaie, qui est un domaine qui n'a pas été exploré avec les nanoparticules de polymère utilisées comme hémostatiques auparavant", explique Hong.

Des études sur des animaux ont montré que des nanoparticules plus grosses peuvent aider à arrêter les saignements, mais ces particules ont également tendance à s'accumuler dans les poumons, ce qui peut y provoquer une coagulation indésirable. Dans la nouvelle étude, l'équipe du MIT a analysé une gamme de nanoparticules, y compris petites (moins de 100 nanomètres), intermédiaires (140 à 220 nanomètres) et grandes (500 à 650 nanomètres).

Tout d'abord, ils ont analysé les particules en laboratoire, pour étudier comment elles interagissent avec les plaquettes actives dans diverses conditions. L'un de leurs tests a mesuré la capacité des particules à se lier aux plaquettes lorsque les plaquettes s'écoulaient dans un tube. Dans ce test, les plus petites nanoparticules ont donné le plus grand pourcentage de plaquettes liées. Dans un autre test, ils ont mesuré à quel point les nanoparticules pouvaient adhérer à une surface recouverte de plaquettes. Dans ce scénario, les plus grosses nanoparticules collaient le mieux.

Ensuite, les chercheurs ont posé une question légèrement différente et ont analysé quelle quantité de la masse collée à la surface était constituée de nanoparticules et quelle était la quantité de plaquettes, car le but ultime est d'attirer le plus de plaquettes possible. En utilisant cette référence, ils ont découvert que les particules intermédiaires étaient les plus efficaces.

"Si vous attirez un tas de nanoparticules et qu'elles finissent par bloquer la liaison des plaquettes parce qu'elles s'agglutinent les unes sur les autres, ce n'est pas très utile. Nous voulons que les plaquettes entrent", explique Hong. "Lorsque nous avons fait cette expérience, nous avons constaté que la taille de particule intermédiaire était celle qui affichait la plus grande teneur en plaquettes."

Arrêter le saignement

Les chercheurs ont ensuite testé les trois classes de taille des nanoparticules chez la souris. Tout d'abord, ils ont injecté les particules à des souris saines pour étudier combien de temps elles circuleraient dans le corps et où elles s'accumuleraient. Ils ont constaté que, comme on l'a vu dans des études antérieures, les particules les plus grosses étaient plus susceptibles de s'accumuler dans les poumons ou d'autres sites non ciblés, et leur temps de circulation était plus court.

En collaboration avec leurs collaborateurs du MGH, les chercheurs ont ensuite utilisé un modèle de blessure interne chez le rat pour étudier quelles particules seraient les plus efficaces pour arrêter les saignements. Ils ont constaté que les particules de taille intermédiaire semblaient fonctionner le mieux et que ces particules présentaient également le taux d'accumulation le plus élevé au site de la plaie.

"Cette étude suggère que les nanoparticules plus grosses ne sont pas nécessairement le système sur lequel nous voulons nous concentrer, et je pense que cela n'était pas clair dans les travaux précédents. Pouvoir porter notre attention sur cette gamme de taille moyenne peut ouvrir de nouvelles portes. ", dit Hammond.

Les chercheurs espèrent maintenant tester ces particules de taille intermédiaire dans des modèles animaux plus grands, pour obtenir plus d'informations sur leur innocuité et les doses les plus efficaces. Ils espèrent qu'à terme, ces particules pourront être utilisées comme traitement de première intention pour arrêter les saignements dus à des blessures traumatiques suffisamment longtemps pour qu'un patient puisse se rendre à l'hôpital.

"Ces particules sont destinées à lutter contre les décès évitables. Elles ne sont pas une panacée pour les hémorragies internes, mais elles sont destinées à donner à une personne quelques heures supplémentaires jusqu'à ce qu'elle puisse se rendre à l'hôpital où elle pourra recevoir un traitement adéquat. " dit Hong. + Explorer plus loin

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Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche, de l'innovation et de l'enseignement du MIT.