Les chimiothérapies standard peuvent tuer efficacement les cellules cancéreuses, mais elles présentent également des risques importants pour les cellules saines, entraînant une maladie secondaire et une diminution de la qualité de vie des patients. Pour prévenir les dommages auparavant inévitables, des chercheurs, dirigés par Penn State, ont développé une nouvelle classe de nanomatériaux conçus pour capturer les médicaments de chimiothérapie avant qu'ils n'interagissent avec les tissus sains.

"Pour réduire les effets hors cible des médicaments anticancéreux pendant et après une chimiothérapie localisée, il est nécessaire d'éliminer leur circulation systémique", a déclaré le chercheur principal Amir Sheikhi, professeur adjoint de génie chimique et de génie biomédical à Penn State. "Les plates-formes disponibles et proposées pour éliminer les médicaments indésirables - principalement la doxorubicine (DOX), un médicament chimiothérapeutique - du sang sont extrêmement inefficaces, ne parvenant pas à éliminer suffisamment de médicament pour prévenir les dommages. Nous avons développé une approche très efficace qui capture DOX à une capacité plus 3 200 % de plus que d'autres plates-formes, telles que les matériaux à base d'ADN."

La méthode, désormais disponible en ligne avant le numéro de mars de Materials Today Chemistry , est basé sur des nanocristaux de cellulose poilue - des nanoparticules développées à partir du composant principal des parois cellulaires végétales et conçues pour avoir un nombre immense de « poils » de chaîne polymère s'étendant à chaque extrémité. Ces poils augmentent la capacité potentielle de capture de médicament des nanocristaux de manière significative au-delà de celle des nanoparticules conventionnelles et des résines échangeuses d'ions, selon Sheikhi.

"A notre connaissance, il n'existe actuellement aucun système de capture de médicaments à super capacité basé sur des nanoparticules", a déclaré Sheikhi, notant que le développement d'un tel système pourrait avoir un impact significatif sur les plans de traitement du cancer. « Pour certains organes, comme le foie, la chimiothérapie peut être administrée localement par des cathéters. Si nous pouvions placer un dispositif basé sur les nanocristaux pour capturer l'excès de médicaments sortant de la veine cave inférieure du foie, un vaisseau sanguin majeur, les cliniciens pourraient potentiellement administrer des doses plus élevées. de chimiothérapie pour tuer le cancer plus rapidement sans se soucier d'endommager les cellules saines. Une fois le traitement terminé, l'appareil pourrait être retiré."

Pour produire les nanocristaux de cellulose poilus capables de capturer les médicaments de chimiothérapie, les chercheurs ont traité chimiquement les fibres de cellulose trouvées dans la pâte de résineux et ont conféré une charge négative aux poils, les rendant stables contre la composition ionique du sang. Selon Sheikhi, cela corrige un défaut des nanoparticules conventionnelles, dont la charge peut être rendue inerte ou réduite lorsqu'elle est exposée au sang, limitant le nombre de molécules médicamenteuses chargées positivement avec lesquelles il peut se lier à des nombres insignifiants.

L'efficacité de liaison des nanocristaux a été testée dans le sérum humain, la partie du sang riche en protéines qui ne contient pas de globules rouges ou blancs ni de plaquettes. Pour chaque gramme de nanocristaux de cellulose poilue, plus de 6 000 milligrammes de DOX ont été efficacement éliminés du sérum.

"Les nanocristaux poilus nous ont permis de repousser la limite d'au moins deux à trois ordres de grandeur par rapport à certaines autres plateformes disponibles", a déclaré Sheikhi.

Les chercheurs ont également découvert que les nanocristaux n'avaient aucun effet nocif sur les globules rouges dans le sang total ou sur la croissance cellulaire dans les cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine.

"Nous avons découvert que les nanocristaux de cellulose poilus se lient aux médicaments chargés positivement dans le sérum humain et capturent immédiatement la DOX, et ils le font sans imposer de cytotoxicité ou d'effets hémolytiques", a déclaré Sheikhi. "Nous envisageons que cette nanoparticule efficace et non toxique pourrait être un élément de base pour la prochaine génération d'appareils permettant de capturer les médicaments en excès et d'éliminer les molécules indésirables du corps, telles que les psychédéliques et les toxines."

Selon Sheikhi, l'utilisation de nanocristaux de cellulose poilue a des implications profondes au-delà du corps. Son équipe a récemment mis au point des nanocristaux capables de se lier sélectivement au néodyme, un élément de terre rare, pour sauver des matériaux précieux des déchets électroniques.

"Nous sommes ravis d'introduire un nouveau matériau avec une capacité aussi élevée pour séparer une variété d'éléments, qui, espérons-le, ouvrira de nouvelles opportunités pour un large éventail d'applications", a déclaré Sheikhi.

Sheikhi a commencé ce travail en tant que chercheur postdoctoral à l'Université de Californie à Los Angeles, dans le laboratoire d'Ali Khademhosseini, aujourd'hui directeur général de l'Institut Terasaki pour l'innovation biomédicale. Parmi les autres contributeurs de Penn State, citons Joy Muthami et Patricia Wamea, toutes deux récentes diplômées de la maîtrise ès sciences en génie chimique; et Mica Pitcher, doctorante en chimie. Les contributeurs de l'UCLA incluent Sarah A.E. Young, Peter Antovski, Robert Denis Murphy, Andrew Schmidt, Samuel Clark et, pour une partie de la recherche, Reihaneh Haghniaz. Haghniaz est maintenant affilié à l'Institut Terasaki pour l'innovation biomédicale. + Explorer plus loin

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