Les travaux révèlent comment les ondes sonores peuvent contrôler avec précision les nanoparticules molles, qui sont moins capables que leurs homologues dures de résister aux changements physiques du corps lorsqu'elles transportent leur cargaison.
"De nombreux médicaments sont fragiles, il est donc extrêmement important de contrôler la façon dont ces nanoparticules molles se transforment au fil du temps pour l'administration de médicaments et d'autres applications médicales", a déclaré Ming Guo, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux.
« L’utilisation du son nous permet de déterminer de manière non invasive la quantité et la rapidité avec laquelle les médicaments doivent être libérés, offrant ainsi un nouveau niveau de contrôle pour cibler les maladies et les tissus.
Guo et ses collègues ont rapporté aujourd'hui leur technique nanomécanique acoustique dans la revue Advanced Materials.
Les nanoparticules remplies de liquide ont montré un grand potentiel thérapeutique, mais sont plus sensibles que les nanoparticules solides aux forces physiques et biologiques du corps. Outre la libération prématurée des médicaments lors de leur administration, les scientifiques craignent également que l'organisme puisse éliminer les nanoparticules avant qu'elles n'atteignent leur destination prévue.
Une solution pourrait consister à modifier le matériau porteur du médicament – tel que le polymère, le lipide ou le métal – pour rendre les nanoparticules plus résistantes. Mais cela complique souvent la chimie de la nanoparticule, rendant plus difficile le contrôle de la manière dont elle libère le médicament.
Une option plus douce pour contrôler la dose du médicament consiste à utiliser des déclencheurs externes tels que la lumière, la chaleur ou les ultrasons. Mais ces méthodes s'accompagnent également souvent de contrôles compliqués ou imprécis, a déclaré Guo.
« Par exemple, la lumière peut être trop invasive et provoquer des effets secondaires indésirables », a-t-elle déclaré. « Et bien que les ultrasons aient une résolution spatiale et temporelle beaucoup plus élevée, le contrôle précis des effets mécaniques nécessite une ingénierie minutieuse des impulsions ultrasonores.
Dans leur quête visant à développer un moyen de manipuler avec précision des nanoparticules molles à l'aide d'ultrasons, Guo et ses collègues ont opté pour un processus en deux étapes.
Premièrement, ils ont conçu des nanoparticules avec un noyau perfluorocarboné liquide entouré d’une coque bicouche lipidique, tout comme une membrane cellulaire.
L’équipe a découvert que lorsque les nanoparticules étaient placées dans un liquide puis pulsées par ultrasons, les ondes sonores créaient de minuscules bulles à l’intérieur des nanoparticules. Au fil du temps, ces bulles se sont dilatées, brisant finalement la coque lipidique et libérant le noyau liquide.
"La rupture déclenchée acoustiquement ne se produit que lorsque la taille et la concentration des bulles ainsi que leur taux de croissance atteignent un certain seuil", a déclaré Guo. "Et nous avons découvert que les paramètres échographiques pouvaient être conçus pour manipuler ces paramètres avec précision."
En guise de preuve de concept, les chercheurs ont utilisé cette technique pour administrer une charge utile fluorescente, qui remplaçait un médicament, dans des cellules d'une boîte de laboratoire. Les résultats suggèrent que la méthode pourrait être utilisée pour contrôler l’administration de médicaments à l’intérieur du corps.
Pour les prochaines étapes, l’équipe de Guo prévoit de se concentrer sur la façon dont les paramètres acoustiques pourraient être adaptés pour une libération contrôlée de médicaments pour différentes maladies et tissus. "Un défi majeur sera de garantir que ces paramètres peuvent être cliniquement traduits", a déclaré Guo. « Nous sommes très encouragés par la validation initiale in vitro, et cela guidera nos futurs travaux. »
