L’injection de drogues dans le sang peut souvent également nuire aux tissus sains. Les systèmes d'administration de médicaments (DDS) constituent une solution innovante conçue pour cibler des cellules spécifiques et minimiser ces effets secondaires. Une stratégie d'administration de médicaments qui gagne régulièrement du terrain implique une combinaison de microbulles et d'ultrasons.

Les microbulles sont de petites bulles remplies de gaz qui peuvent être chargées de médicaments ou d'autres agents thérapeutiques à leur surface. Lorsqu’elles sont exposées aux ondes ultrasonores, ces microbulles commencent à osciller, les vibrations qui s’ensuivent libérant progressivement le médicament adsorbé à l’endroit irradié. Bien que ce phénomène ait été étudié dans le passé, les expériences quantitatives sur la manière dont les molécules se désorbent des microbulles lors d'une irradiation par ultrasons sont rares.

Dans une étude récente publiée le 22 août 2023 dans la revue Scientific Reports , une équipe de recherche dirigée par le professeur Daisuke Koyama et l'étudiante diplômée Mme Reina Kobayashi de la Faculté des sciences et de l'ingénierie de l'Université Doshisha, au Japon, a cherché à combler ce manque de connaissances.

Ils ont conçu un dispositif expérimental innovant pour analyser la désorption d'un tensioactif à partir de microbulles individuelles. Leurs travaux comprenaient également les contributions du Dr Marie Pierre Krafft de l'Institut Charles Sadron (CNRS), Université de Strasbourg, France.

"Dans un DDS utilisant des ultrasons et des microbulles, des microbulles contenant des médicaments ou des gènes sont injectées dans les vaisseaux sanguins afin que les bulles puissent s'adsorber sur le tissu cible spécifiquement via des réactions antigène-anticorps. Notre méthode proposée et les résultats expérimentaux peuvent prédire la quantité de molécules désorbées. des bulles aux vaisseaux sanguins", explique le professeur Koyama.

La méthode proposée est basée sur la mesure de l'angle de contact de bulles individuelles placées sur une plaque de verre à l'aide d'une caméra vidéo à grande vitesse. L'angle de contact, ou l'angle formé entre les surfaces du solide et de la bulle à leur point de contact, est étroitement lié à la tension superficielle de la bulle.

À son tour, la tension superficielle dépend de la quantité de surfactant (molécules médicamenteuses) à la surface de la bulle. Ainsi, en observant l'angle de contact d'une bulle sous irradiation ultrasonore, il est possible d'estimer la quantité de molécules désorbées suite aux vibrations induites.

Pour tester leur méthodologie, l'équipe a conçu une configuration expérimentale combinant une caméra à grande vitesse avec un microscope longue distance, une cellule à ultrasons remplie de liquide, une fine plaque de verre transparente et un vibromètre laser Doppler (LDV) associé à un CCD. caméra.

Ils ont soigneusement placé des microbulles composées de gaz enrichi en fluorocarbone et d’un lipide appelé 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DMPC) sur la plaque de verre. Alors que la caméra haute vitesse fournissait des données en temps réel sur l'angle de contact de la bulle, les caméras LDV et CCD ont permis aux chercheurs de suivre l'amplitude des oscillations induites sur la bulle ainsi que son rayon.

À l’aide de cette configuration, les chercheurs ont mesuré les caractéristiques de désorption pour différentes tailles de bulles et concentrations de DMPC, révélant ainsi des informations importantes sur le processus de désorption induite par les ultrasons. En particulier, ils ont découvert que les microbulles dans des conditions de résonance libèrent très rapidement des quantités importantes de molécules adsorbées (> 50 %) dans les milieux environnants.

Ils ont également démontré que la désorption induite par les ultrasons est un processus très rapide, commençant presque immédiatement après l’irradiation par ultrasons et s’arrêtant tout aussi rapidement. De plus, ils ont montré que la quantité de désorption moléculaire induite par les ultrasons dépend de la taille des bulles, ce qui signifie que les caractéristiques vibratoires des microbulles utilisées dans les DDS sont importantes pour contrôler la libération du médicament.

La méthode proposée pourrait s’avérer essentielle dans la conception et le développement de DDS utilisant des ultrasons et des microbulles. "Les quantités de médicament libérées dans les vaisseaux sanguins des patients peuvent être estimées quantitativement à l'aide de notre méthode, ce qui signifie que les quantités optimales de microbulles porteuses de médicament peuvent être prédites avec précision pour les thérapies médicamenteuses vasculaires", ajoute le professeur Koyama. En administrant uniquement la quantité requise de médicament dans la circulation sanguine, les effets secondaires peuvent être réduits au minimum, améliorant ainsi les résultats et la qualité de vie des patients.

L'équipe de recherche prévoit d'explorer davantage la libération contrôlée de médicaments en clarifiant la relation entre la fréquence des ultrasons, l'amplitude de la pression acoustique et la quantité de désorption moléculaire dans leurs travaux futurs.

Plus d'informations : Reina Kobayashi et al, Estimation quantitative des molécules de phospholipides désorbées à partir d'une surface de microbulles sous irradiation par ultrasons, Rapports scientifiques (2023). DOI :10.1038/s41598-023-40823-0

Informations sur le journal : Rapports scientifiques

Fourni par l'Université Doshisha