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La forme compte pour les nanoparticules
Des nanoparticules formées pour ressembler à certaines bactéries peuvent plus facilement s'infiltrer dans les cellules humaines, selon une nouvelle étude. Les résultats suggèrent que la modification de la forme des nanoparticules peut les rendre plus efficaces dans le traitement des maladies.
Envahisseurs cellulaires : Les nanoparticules cylindriques se glissent facilement dans les cellules. Ils pourraient être utilisés pour administrer des médicaments aux tissus cancéreux.
Joseph De Simone , professeur de chimie et de génie chimique à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill et à l'Université d'État de Caroline du Nord, a testé comment des nano- et microparticules en forme de cubes, de cylindres trapus et de longues tiges étaient absorbées dans des cellules humaines en culture. Il a découvert que les longues particules en forme de bâtonnets glissaient dans les cellules à un taux quatre fois supérieur à celui des formes courtes et cylindriques de volumes similaires. DeSimone, qui a rapporté les résultats cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , note que les nanoparticules plus rapides ressemblent à certains types de bactéries qui infectent bien les cellules. Beaucoup de bactéries en forme de bâtonnets pénètrent rapidement dans les cellules, dit-il. En utilisant la même taille et la même forme, nos particules pénètrent également très rapidement.
Les chercheurs soupçonnent depuis longtemps que l'imitation des formes distinctives des bactéries, des champignons, des cellules sanguines – même du pollen – pourrait améliorer la capacité des nanoparticules à administrer des médicaments aux cellules malades du corps. Mais il a été difficile de tester ce soupçon. Ce qu'il faut, c'est un moyen de fabriquer rapidement des milliards de particules de taille, de chimie et de forme identiques, puis de faire varier systématiquement ces paramètres pour savoir quel effet ils ont.
DeSimone a développé un moyen de concevoir et de tester facilement une grande variété de formes de particules, tout en contrôlant la taille et la composition chimique. Par exemple, il peut fabriquer des particules de différentes formes – boomerangs, beignets, écrous hexagonaux, cylindres, cubes – tout en gardant la taille constante. Il peut également fabriquer des particules en forme de boomerang de différentes tailles, ou garder une taille et une forme constantes et ne faire varier que la composition chimique des particules. Le processus donne aux chercheurs un niveau de contrôle sans précédent, dit-il, ce qui permet de tester rapidement comment la modification de divers paramètres des nanoparticules, y compris la forme, affecte leur comportement dans les tissus.
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Découvrez comment fabriquer des nanoparticules en forme de boomerang.
Historiquement, la plupart des travaux avec des particules ont été réalisés avec des particules sphériques, car la fabrication de particules de formes différentes a été très difficile, explique Samir Mitragótri , professeur de génie chimique à l'Université de Californie à Santa Barbara. DeSimone démontre une technologie très puissante qui montre [que] des particules de différentes formes et matériaux peuvent être préparées, dit Mitragotri. Cela va bien au-delà des outils actuels. Il ajoute que l'article montre que la forme fait une grande différence dans la réponse biologique.
DeSimone a également identifié les mécanismes précis par lesquels les cellules absorbent des particules de différentes formes. Ces mécanismes déterminent où les particules finissent à l'intérieur de la cellule. Ces nouvelles données pourraient aider les chercheurs à concevoir des particules qui atteignent des compartiments particuliers au sein d'une cellule qui ont un niveau d'acidité connu. Les chercheurs ont ensuite pu affiner les particules afin qu'elles se décomposent et ne libèrent leur cargaison qu'une fois qu'elles ont atteint le compartiment souhaité. De cette façon, les particules ne libèreront des médicaments qu'à l'intérieur des cellules ciblées, laissant les cellules saines indemnes.
DeSimone utilise sa technique de fabrication pour produire des nanoparticules qui délivrent des médicaments aux cellules cancéreuses. Il commence des essais chez la souris pour un certain nombre de types de cancers – sein, ovaire, cervical, poumon, prostate – et lymphome. Il est capable de mener tant d'essais car il est facile d'ajouter différentes molécules de traitement à ses particules. Les particules développées pour cibler le cancer du sein peuvent facilement être modifiées pour cibler le cancer du poumon, par exemple. Lors des tests, DeSimone variera systématiquement les doses, les tailles, etc. afin de déterminer les combinaisons les moins toxiques et les plus efficaces. Vous pouvez désormais lutter contre de nombreux cancers différents et déterminer quels sont les paramètres de conception les plus efficaces que vous pouvez mettre dans le système, dit-il.
DeSimone a développé des particules qui ressemblent à des globules rouges par leur taille, leur forme et leur flexibilité pour les aider à circuler dans la circulation sanguine sans être éliminées par les barrières biologiques. (Il les teste sur des animaux comme base potentielle pour le sang artificiel.) Il teste également de longues particules ressemblant à des vers qui ne peuvent pas être facilement consommées par les macrophages. La particule doit surmonter tant d'obstacles avant d'atteindre sa destination, dit Mitragotri. Auparavant, les chercheurs se limitaient à modifier la taille et la chimie des particules. L'ajout de la possibilité de contrôler la forme donne un grand coup de pouce pour surmonter ces obstacles, dit Mitragotri.