Les chercheurs de Johns Hopkins Medicine ont mis au point un test à code couleur qui signale rapidement si des nanoparticules nouvellement développées - des compartiments ultra petits conçus pour transporter des médicaments, des vaccins et d'autres thérapies - délivrent leur cargaison dans les cellules cibles. Historiquement, les nanoparticules ont un très faible taux de livraison au cytosol, le compartiment intérieur des cellules, ne libérant qu'environ 1 à 2 % de leur contenu. Le nouvel outil de test, conçu spécifiquement pour tester les nanoparticules, pourrait faire avancer la recherche de médicaments biologiques de nouvelle génération. La technologie s'appuie sur des nanoparticules actuellement utilisées contre le cancer et les maladies oculaires, et dans des vaccins contre des virus tels que le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19.

Les chercheurs rapportent les détails de l'outil, testé sur des cellules de souris cultivées en laboratoire et sur des souris vivantes, dans le numéro du 5 janvier de Science Advances .

"La plupart des outils d'évaluation actuels des nanoparticules ne testent que si une nanoparticule atteint une cellule, pas si la thérapie peut réussir à échapper à l'environnement dégradant de l'endosome pour atteindre l'intérieur du cytosol de la cellule, là où le médicament doit être localisé pour performance », déclare Jordan Green, Ph.D., professeur de génie biomédical à la Johns Hopkins University School of Medicine. Le nouvel outil a été créé pour suivre l'emplacement et la libération de nanoparticules, a-t-il déclaré.

Des recherches antérieures ont estimé que seulement 1 à 2 % environ des nanoparticules "mangées" par les cellules sont capables de s'échapper des compartiments cellulaires qui les emprisonnent pour éviter d'être digérées ou "recrachées". Outre les propriétés de sa cargaison, les propriétés chimiques d'une nanoparticule déterminent si elle est acceptée par une cellule et capable d'échapper à ses défenses cellulaires.

Pour surmonter ces obstacles à la livraison finale, Green et son équipe ont conçu un outil de criblage qui évalue des centaines de formulations de nanoparticules sur leur capacité non seulement à atteindre une cellule, mais aussi avec quelle efficacité la nanoparticule peut s'échapper avec sa cargaison pour atteindre l'intérieur d'une cellule.

Le test utilise des cellules de souris cultivées en laboratoire qui sont génétiquement modifiées pour porter un marqueur fluorescent appelé Gal8-mRuby, qui brille en rouge orangé lorsqu'une enveloppe cellulaire qui engloutit une nanoparticule s'ouvre, libérant sa cargaison dans la cellule.

Les images du processus sont ensuite analysées par un programme informatique qui suit rapidement l'emplacement des nanoparticules à l'aide d'une lumière fluorescente rouge et quantifie l'efficacité des nanoparticules à être libérées dans la cellule en évaluant la quantité de lumière fluorescente orange-rouge. Grâce à cette technique, un laboratoire peut cribler des centaines de nanoparticules uniques à livrer en quelques heures, avec des informations détaillées sur l'absorption des nanoparticules et la livraison de leur cargaison.

Dans des expériences sur des souris, Green et son équipe ont administré des nanoparticules biodégradables portant de l'ARNm qui code un gène appelé luciférase, qui fait briller les cellules. Les chercheurs ont ensuite vérifié si les cellules de souris acceptaient le gène et commençaient à l'exprimer, éclairant les cellules cibles comme un éclair.

L'équipe de Green a découvert que les nanoparticules les plus performantes dans les tests cellulaires présentaient une corrélation positive élevée avec les performances de livraison des gènes des nanoparticules chez les souris vivantes, ce qui montre que le dosage des nanoparticules est un bon prédicteur de la livraison réussie de la cargaison.

Dans d'autres études sur la souris, les chercheurs ont découvert que différentes combinaisons de groupes chimiques dans les nanoparticules à base de polymère conduisaient les nanoparticules à cibler différents types de tissus. En analysant le comportement des particules dans le corps de la souris, les chercheurs ont découvert que les propriétés chimiques des polymères pouvaient diriger la thérapie génique des nanoparticules vers des cellules cibles spécifiques, telles que les cellules endothéliales dans les poumons ou les cellules B dans la rate.

"En affinant de petits changements chimiques, nous pouvons orienter une nanoparticule vers des tissus spécifiques et même des cellules spécifiques", a déclaré Green. "Cela nous permettrait de développer des thérapies délivrées avec plus de précision, ce qui pourrait améliorer à la fois l'efficacité et la sécurité."

L'administration de nanoparticules de médicaments biologiques est un domaine en plein essor, en particulier pour les thérapies géniques et les vaccins.

Parmi les autres chercheurs impliqués dans l'étude figurent Yuan Rui, David R. Wilson, Stephany Y. Tzeng, Hannah M. Yamagata, Deepti Sudhakar, Cynthia A. Berlinicke et Donald J. Zack de la Johns Hopkins University School of Medicine; Marranne Conge de l'École de médecine de l'Université Johns Hopkins et du Berea College; et Anthony Tuesca d'AstraZeneca. + Explorer plus loin

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