Des chercheurs de Penn Medicine ont découvert une nouvelle méthode plus efficace pour empêcher les protéines du corps de traiter les nanomédicaments comme des envahisseurs étrangers, en recouvrant les nanoparticules d'un revêtement pour supprimer la réponse immunitaire qui atténue l'efficacité de la thérapie.

Lorsqu'elles sont injectées dans la circulation sanguine, les nanoparticules non modifiées sont envahies par des éléments du système immunitaire appelés protéines du complément, déclenchant une réponse inflammatoire et empêchant les nanoparticules d'atteindre leurs cibles thérapeutiques dans le corps. Les chercheurs ont mis au point des méthodes pour réduire ce problème, mais l'équipe de Penn Medicine, dont les résultats sont publiés dans Advanced Materials , a inventé ce qui pourrait être la meilleure méthode à ce jour :enrober des nanoparticules avec des suppresseurs naturels de l'activation du complément.

Les nanoparticules sont de minuscules capsules, généralement conçues à partir de protéines ou de molécules liées aux graisses, qui servent de vecteurs pour certains types de traitement ou de vaccin, généralement ceux contenant de l'ARN ou de l'ADN. Les exemples les plus connus de médicaments délivrés par des nanoparticules sont les vaccins à ARNm contre le COVID-19.

"Il s'est avéré que c'était l'une de ces technologies qui fonctionnait tout de suite et mieux que prévu", a déclaré le co-auteur principal de l'étude, Jacob Brenner, MD, Ph.D., professeur agrégé de médecine pulmonaire à la division de pneumologie, allergie. , et soins intensifs.

Le problème du complément

Les thérapies basées sur l'ARN ou l'ADN ont généralement besoin de systèmes d'administration pour les faire passer par la circulation sanguine dans les organes cibles. Des virus inoffensifs ont souvent été utilisés comme porteurs ou « vecteurs » de ces thérapies, mais les nanoparticules sont de plus en plus considérées comme des alternatives plus sûres. Les nanoparticules peuvent également être marquées avec des anticorps ou d'autres molécules qui leur permettent de se concentrer précisément sur les tissus ciblés.

Malgré ses promesses, la médecine basée sur les nanoparticules a été fortement limitée par le problème de l'attaque du complément. Les protéines circulantes du complément traitent les nanoparticules comme si elles étaient des bactéries, recouvrant immédiatement les surfaces des nanoparticules et invoquant de gros globules blancs pour engloutir les "envahisseurs". Les chercheurs ont tenté de réduire le problème en enduisant préalablement les nanoparticules de molécules camouflantes. Par exemple, le composé organique polyéthylène glycol (PEG) attire les molécules d'eau pour former une coque protectrice aqueuse autour des nanoparticules. Mais les nanoparticules camouflées avec du PEG ou d'autres substances protectrices attirent toujours au moins une attaque complémentaire. En général, les médicaments à base de nanoparticules qui doivent se déplacer dans la circulation sanguine pour faire leur travail (les vaccins à ARNm COVID-19 sont injectés dans le muscle, pas dans la circulation sanguine) ont eu une très faible efficacité pour atteindre leurs organes cibles, généralement moins d'un pour cent .

Emprunter une stratégie

Dans l'étude, Brenner et Myerson et leur équipe ont proposé une approche alternative ou complémentaire pour protéger les nanoparticules - une approche basée sur des protéines naturelles inhibitrices du complément qui circulent dans le sang, se fixant aux cellules humaines pour les protéger de l'attaque du complément. .

Les chercheurs ont découvert que, dans des expériences en laboratoire, le revêtement de nanoparticules standard protégées par du PEG avec l'un de ces inhibiteurs du complément, appelé facteur I, offrait une protection considérablement meilleure contre l'attaque du complément. Chez la souris, la même stratégie a prolongé la demi-vie des nanoparticules standard dans le sang, permettant à une fraction beaucoup plus importante d'entre elles d'atteindre leurs cibles.

"De nombreuses bactéries se recouvrent également de ces facteurs pour se protéger contre l'attaque du complément, nous avons donc décidé d'emprunter cette stratégie pour les nanoparticules", a déclaré le co-auteur principal Jacob Myerson, Ph.D., chercheur principal au Département de pharmacologie des systèmes et Thérapeutique translationnelle à Penn.

Dans une série d'expériences sur des modèles murins de maladies inflammatoires graves, les chercheurs ont également montré que la fixation du facteur I aux nanoparticules prévient la réaction hyperallergique qui, autrement, pourrait être fatale.

D'autres tests seront nécessaires avant que les nanomédicaments incorporant le facteur I puissent être utilisés chez l'homme, mais en principe, selon les chercheurs, la fixation de la protéine supprimant le complément pourrait rendre les nanoparticules plus sûres et plus efficaces en tant que véhicules d'administration thérapeutique afin qu'elles puissent être utilisées même dans des conditions sévères. patients malades.

Les chercheurs prévoient maintenant de développer des stratégies pour protéger non seulement les nanomédicaments, mais également les dispositifs médicaux, tels que les cathéters, les stents et les tubes de dialyse, qui sont également susceptibles d'être attaqués par le complément. Ils prévoient également d'étudier d'autres protéines protectrices en plus du facteur I.

"Nous reconnaissons maintenant qu'il existe tout un monde de protéines que nous pouvons mettre à la surface des nanoparticules pour les défendre contre les attaques immunitaires", a déclaré Brenner. + Explorer plus loin

Une nouvelle compréhension du système immunitaire peut conduire à des nanomédicaments plus sûrs