Les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer touchent plus de 270 millions de personnes dans le monde. La MA est la principale cause de démence, entraînant une perte de mémoire due à l'atrophie des neurones de l'hippocampe, la partie du cerveau qui régule l'apprentissage et la mémoire.

Les nanoparticules conçues pour transporter des médicaments sont apparues comme une stratégie de traitement de différentes maladies, mais dans le contexte des maladies neurodégénératives, une grande partie de la recherche s'est concentrée sur le développement de stratégies permettant de faire passer les nanoparticules à travers la barrière hémato-encéphalique et dans des régions ciblées du cerveau. /P>

Dans une nouvelle étude, une équipe interdisciplinaire de chercheurs de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign a développé des nanoparticules capables de se lier sélectivement aux astrocytes activés et aux cellules microgliales qui interviennent dans l'inflammation cérébrale dans la MA et ont découvert que la MA et le vieillissement affectent fortement la capacité de nanoparticules pour traverser la BHE et se localiser dans l'hippocampe.

La BHE est constituée d'un réseau de vaisseaux sanguins entourant le cerveau qui régulent étroitement les molécules (y compris les médicaments) qui peuvent pénétrer dans le cerveau. La BHE rend difficile l'entrée dans le cerveau des nanoparticules transportant des médicaments, bien que les nanoparticules puissent empêcher les médicaments d'être « emportés » ou de perdre leur activité en cours de route lorsqu'ils traversent la BBB. Cependant, des recherches ont suggéré que la BHE s'affaiblit avec la MA et l'âge.

Cela a inspiré une équipe de chercheurs dirigée par Joon Kong (responsable du M-CELS/EIRH/RBTE), professeur de génie chimique et biomoléculaire, et Hee Jung Chung (M-CELS), professeur agrégé de physiologie moléculaire et intégrative, pour synthétiser une nanoparticule qui pourrait tirer parti de cette BBB compromise et se lier spécifiquement aux astrocytes réactifs et aux cellules microgliales de l'hippocampe des individus atteints de MA.

"Je pense que les gens ont négligé la façon dont la perméabilité vasculaire de la BHE change avec la pathologie de la MA", a déclaré Kong. "Nous avons pensé qu'au lieu de mettre des peptides ou des protéines sur des nanoparticules qui peuvent les aider à pénétrer dans la BHE, comme d'autres l'ont fait, rendons simplement les nanoparticules suffisamment petites pour qu'elles puissent profiter de la BBB qui fuit et concevoir ces particules de manière à permettre ils restent dans le cerveau de manière stable."

Les nanoparticules sont conçues pour se lier au CD44, une protéine de surface cellulaire produite par les astrocytes réactifs et les cellules microgliales, plus que par les neurones, en particulier lors de la neuroinflammation, caractéristique des régions cérébrales touchées par la MA, telles que l'hippocampe. L'avantage de la liaison des nanoparticules à ces cellules exprimant CD44 est que les nanoparticules sont retenues plus longtemps dans l'hippocampe plutôt que d'être rapidement éliminées, selon Kong.

Les chercheurs ont injecté les nanoparticules recherchant le CD44 à des souris plus âgées et plus jeunes, atteintes de MA ou en bonne santé. Ils ont ensuite examiné la répartition des nanoparticules dans l'hippocampe selon les traitements.

Dans les hippocampes des souris AD, ils ont trouvé des concentrations élevées de nanoparticules quel que soit l’âge, bien que les souris AD plus âgées présentaient des concentrations plus élevées que les souris AD plus jeunes. Les chercheurs affirment que cela était prédit et démontre en outre que les BBB des personnes atteintes de MA sont considérablement affaiblies. Non seulement les nanoparticules ont pu pénétrer dans la BHE, mais elles ont également été retenues plus longtemps dans l'hippocampe, pendant au moins 2 heures après l'injection, les données préliminaires suggérant une rétention encore plus longue.

Dans le cerveau de jeunes souris en bonne santé, aucune nanoparticule n’a été trouvée, ce qui signifie que leurs BHE étaient intactes. Cependant, à la surprise de l'équipe, ils ont découvert une quantité importante de nanoparticules dans le cerveau de souris âgées en bonne santé, ce qui suggère que la BHE s'affaiblit considérablement avec l'âge, même chez celles sans MA.

"Cette découverte est surprenante car les souris plus âgées de cette étude sont équivalentes à un âge humain d'environ 60 ans seulement", a déclaré Chung. "Nous savions qu'il y aurait une certaine fuite de la BHE avec l'âge, mais nous pensions qu'il y aurait beaucoup moins de pénétration des nanoparticules dans le cerveau que ce que nous avons constaté. Cela met en évidence qu'il existe une pénétration des nanoparticules dépendante de l'âge et de la maladie à travers le cerveau. BBB vers les régions cérébrales profondes affectées par la MA."

"Cette étude offre des informations précieuses pour faire progresser notre compréhension du transport des nanoparticules vers le cerveau chez les patients âgés et atteints de la maladie d'Alzheimer", a déclaré Kai-Yu Huang, étudiant diplômé du laboratoire de Kong. "Cela nous incite à réfléchir aux futures stratégies de développement de supports de médicaments à l'échelle nanométrique pour cibler les cellules cérébrales enflammées à travers différentes phases de troubles cérébraux liés au vieillissement."

Selon les chercheurs, la prochaine étape consiste à essayer d'ajouter des médicaments candidats aux nanoparticules et à voir s'ils pourraient améliorer la cognition et la mémoire dans des modèles murins atteints de MA.

Ils prévoient également de mesurer la durée pendant laquelle leurs nanoparticules peuvent être retenues dans le cerveau, ce qui pourrait contribuer à fournir à l'avenir une administration de médicaments plus longue et plus cohérente aux patients traités avec des nanoparticules. L'équipe espère que cette découverte fournira des lignes directrices sur la façon de concevoir des supports de médicaments à l'avenir pour traiter les maladies, à la fois dans le cerveau et au-delà.

"Cela va au-delà du cerveau, car cette technologie peut être utilisée pour d'autres maladies, pas seulement pour les maladies du cerveau", a déclaré Chung. "En modifiant la partie superficielle des nanoparticules, nous pouvons cibler directement différents organes, étant donné que nous savons quelque chose de spécifique à cibler dans ces organes. L'utilisation de nanoparticules en médecine a des applications larges et innovantes."

L'article est publié dans la revue Nano Letters. .

Plus d'informations : Gregory C. Tracy et al, Transport intracérébral de nanoparticules facilité par la pathologie d'Alzheimer et l'âge, Nano Letters (2023). DOI :10.1021/acs.nanolett.3c03222

Informations sur le journal : Lettres nano

Fourni par l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign