Dans des modèles de culture cellulaire et de souris, des scientifiques de l'OSU College of Pharmacy ont démontré une nouvelle technique d'aérosolisation de nanoparticules inhalables qui peuvent être utilisées pour transporter l'ARN messager, la technologie qui sous-tend les vaccins contre le COVID-19, jusqu'aux poumons des patients.

Ces résultats sont importants car la méthode actuelle de nébulisation des nanoparticules les soumet à une contrainte de cisaillement, ce qui entrave leur capacité à encapsuler le matériel génétique et les amène à s'agréger dans certaines zones des poumons plutôt qu'à se répartir uniformément, ont indiqué les chercheurs.

L'étude dirigée par Gaurav Sahay, professeur de sciences pharmaceutiques, a été publiée dans ACS Nano .

Le laboratoire de Sahay étudie les nanoparticules lipidiques, ou LNP, en tant que véhicule de transmission de gènes, en mettant l'accent sur la mucoviscidose, une maladie génétique progressive qui entraîne une infection pulmonaire persistante et affecte 30 000 personnes aux États-Unis, avec environ 1 000 nouveaux cas identifiés chaque année.

Un gène défectueux, le régulateur de conductance transmembranaire de la mucoviscidose, ou CFTR, est à l'origine de la maladie, caractérisée par une déshydratation pulmonaire et une accumulation de mucus qui bloque les voies respiratoires.

Les lipides sont des composés organiques contenant des queues grasses et se trouvent dans de nombreuses huiles et cires naturelles, et les nanoparticules sont de minuscules morceaux de matériau dont la taille varie de un à 100 milliardièmes de mètre. L'ARN messager fournit des instructions aux cellules pour fabriquer une protéine particulière.

Avec les vaccins contre le coronavirus, l'ARNm transporté par les nanoparticules lipidiques demande aux cellules de fabriquer un morceau inoffensif de la protéine de pointe du virus, qui déclenche une réponse immunitaire de l'organisme. En tant que thérapie contre la mucoviscidose, le matériel génétique corrigerait la faille du gène CFTR des patients.

"Nous avons utilisé une nouvelle puce microfluidique qui contribue à la génération de panaches transportant des nanoparticules et ne provoquant aucune contrainte de cisaillement", a déclaré Sahay. "Cet appareil est basé sur l'idée similaire d'une cartouche à jet d'encre qui génère des panaches pour imprimer des mots sur du papier."

Il y a quatre ans, a déclaré Sahay, une startup basée dans l'Oregon appelée Rare Air Health Inc. l'a contacté au sujet de la perspective d'utiliser la technologie microfluidique pour l'aérosolisation et la délivrance de nanoparticules lipidiques.

La microfluidique est l'étude du comportement des fluides lorsqu'ils traversent ou sont confinés dans des dispositifs microminiaturisés équipés de canaux et de chambres. Les forces de surface, par opposition aux forces volumétriques, dominent les fluides à l'échelle microscopique, ce qui signifie que les fluides y agissent de manière très différente de ce qui est observé dans la vie quotidienne.

"Lorsque Rare Air m'est venu, j'ai pensé que l'appareil pourrait très bien fonctionner pour nos besoins, et ce qui a suivi ont été des études approfondies qui ont démontré la supériorité de cet appareil dans la génération de nanoparticules en aérosol par rapport aux nébuliseurs à maille vibrante utilisés en clinique", a déclaré Sahay. /P>

"L'appareil ne laisse pas les nanoparticules s'agréger et peut fournir de l'ARNm avec une plus grande précision que la technologie existante. Ce qui est également intéressant, c'est que cet appareil peut être contrôlé numériquement, et Rare Air développe des prototypes pour une utilisation humaine."

Outre Sahay, les autres chercheurs de l'État de l'Oregon ayant participé à l'étude étaient Yulia Eygeris, Jeonghwan Kim, Antony Jozić et Elissa Bloom. Des scientifiques de Funai Microfluidic Systems de Lexington, Kentucky, faisaient également partie de la collaboration.

"Funai se concentre sur la technologie jet d'encre et la construction de ces puces à grande échelle; ils ont travaillé en étroite collaboration pour permettre à l'appareil d'être adapté à l'aérosolisation", a déclaré Sahay, qui, en plus de son rôle chez OSU, est conseiller et consultant auprès de Rare Air. "Cette étude démontre un mariage entre les nouveaux appareils et la science de la formulation qui pourrait avoir un impact considérable sur la santé humaine."