Globules rouges artificiels pour l'administration de médicaments

Depuis les années 1950, les chercheurs tentent d'imiter les capacités des globules rouges. Ces disques flexibles transportent l'oxygène dans tout le corps, en passant à travers les plus petits capillaires pour le faire. Mais les caractéristiques physiques des globules rouges, notamment leur forme doublement concave, les ont rendus difficiles à copier avec précision.

Voir rouge : Composées de polymères et de protéines biodégradables et biocompatibles, ces particules ont la même taille, la même forme et la même flexibilité que les vrais globules rouges.

Dans une étude publiée lundi dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , un groupe spécialisé dans l'administration de médicaments a trouvé un moyen de créer des particules biodégradables et biocompatibles ayant la taille, la forme et la flexibilité des globules rouges. Le groupe pense que ces cellules artificielles pourraient être particulièrement efficaces non seulement pour transporter l'oxygène, mais aussi comme agents thérapeutiques et d'imagerie.

Les gens ont fabriqué plus d'un millier de polymères différents de différentes tailles pour l'administration de médicaments. Mais si vous les regardez tous ensemble, ils représentent le monde synthétique ; les particules sont belles et sphériques, dit Samir Mitragótri , ingénieur chimiste à l'Université de Californie à Santa Barbara, qui a dirigé les nouveaux travaux. Si vous regardez le monde biologique, la nature utilise toutes sortes de particules pour livrer ses propres marchandises. Les bactéries, les cellules, les virus sont tous conçus pour remplir des fonctions d'administration très spécifiques.

Pour créer les cellules synthétiques, Mitragotri, en collaboration avec des chercheurs de l'Université du Michigan, a commencé avec des particules sphériques constituées d'un polymère commun appelé poly(lactique- Quoi -l'acide glycolique (PLGA), un composé connu pour ses propriétés biocompatibles et biodégradables. Ils exposent les sphères à l'alcool à friction, ce qui les fait se dégonfler et s'effondrer en la forme alvéolée d'un globule rouge. La particule dure de PLGA agit comme un moule autour duquel les chercheurs peuvent déposer couche après couche de protéines. Ils réticulent les protéines pour qu'elles s'accrochent au PLGA, puis dissolvent la structure interne rigide. Le résultat est une enveloppe protéique souple et flexible de la taille et de la forme d'un globule rouge. Les chercheurs peuvent également varier les revêtements protéiques en fonction, par exemple en ajoutant de l'hémoglobine, qui pourrait transporter l'oxygène.

Jusqu'à présent, Mitragotri a montré que les particules sont suffisamment flexibles pour se comprimer et s'écouler à travers des tubes de la taille d'un capillaire, et peuvent être perfusées avec des médicaments à peu près à chaque étape du processus. Son groupe a également encapsulé des nanoparticules d'oxyde de fer dans les cellules synthétiques, créant un agent de contraste potentiel pour les IRM. On peut imaginer mettre ces particules dans le sang et les utiliser pour visualiser le flux sanguin, dit Mitragotri.

Bref, je n'ai jamais rien vu de tel. Le concept et les méthodes de fabrication qu'ils ont développés sont très intéressants, dit Ali Khademhosseini , ingénieur biomédical à la division Harvard-MIT des sciences et technologies de la santé. Il y a une appréciation croissante de la façon dont la forme des particules est importante pour une variété de choses différentes, comme l'hydrodynamique des particules à l'intérieur du fluide, ou comment différentes entités biologiques interagissent avec elles.

Ces particules flexibles et potentiellement durables ont un grand potentiel pour l'administration de médicaments. Mais Mitragotri n'a pas encore cherché à savoir si les cellules synthétiques peuvent résister à l'épreuve la plus difficile : rester en circulation. Prouver que les particules restent dans la circulation sanguine et ne provoquent pas d'attaque immunitaire est une étape critique qui nécessitera des tests sur des animaux.

En 1966, j'ai fabriqué des [particules] similaires qui peuvent changer de forme et de taille, explique un chercheur en sang artificiel. Thomas Chang de l'Université McGill à Québec, Canada. Ces cellules, dit-il, pouvaient également se faufiler dans des tubes capillaires et avaient à peu près la même taille que les globules rouges. Le problème était que même les cellules synthétiques, un huitième de la taille des cellules sanguines ordinaires, étaient purgées du sang en 30 secondes. (Dans les années 1970, les chercheurs ont découvert que les particules sanguines artificielles fonctionnaient mieux à 200 nanomètres ou moins – 30 fois plus petites que les globules rouges.) L'essentiel est de montrer qu'elles restent en circulation, dit Chang.

Même les particules synthétiques les plus avancées sont éliminées du sang incroyablement rapidement. La nanoparticule en circulation la plus longue jamais produite a duré environ 24 heures, il est donc nécessaire de développer une approche pour quelque chose qui peut circuler dans la circulation sanguine pendant une longue période de temps, dit Jeffrey Karp , professeur à Harvard-MIT en sciences et technologies de la santé. Mais la nouvelle recherche pourrait être un grand pas dans cette direction, dit-il, si le corps maintient les cellules synthétiques en circulation pendant deux à trois mois, comme de vrais globules rouges. Karp dit que les méthodes de production utilisées par Mitragotri et ses collègues pourraient être étendues sans trop de difficulté.

En supposant que les cellules résistent à l'épreuve du temps circulatoire, je pense que quiconque essaie d'utiliser un système de type nanoparticule pour l'administration ou l'imagerie aurait de bonnes raisons d'utiliser ces particules, dit Pack Daniel , chercheur spécialisé dans l'administration de médicaments à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.

Mitragotri dit que la prochaine étape sera l'expérimentation animale. Il souhaite également rechercher d'autres moyens d'imiter les méthodes de livraison de la nature. Nous avons commencé avec les globules rouges, mais je pense qu'il y en a beaucoup d'autres qui pourraient être intéressants, comme les virus et les bactéries, dit-il. Vous avez votre monde synthétique d'un côté et votre monde biologique de l'autre, et nous voulons combler au mieux le fossé entre ces deux extrêmes.

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