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Que se passe-t-il lorsque vous respirez des nanoparticules
Des scientifiques ont suivi pour la première fois le flux de nanoparticules des poumons vers la circulation sanguine. Les travaux pourraient conduire au développement de nouveaux médicaments et aider les chercheurs à comprendre comment la pollution peut causer des problèmes respiratoires.
Voyager léger : Les chercheurs ont suivi le mouvement des nanoparticules des poumons (la zone verte à gauche) d'un rat vers les ganglions lymphatiques (la zone verte au centre) et le reste du corps.
Des chercheurs du Beth Israel Deaconess Medical Center et de la Harvard School of Public Health ont injecté des nanoparticules fluorescentes dans les poumons de rats et ont utilisé l'imagerie dans le proche infrarouge pour observer le déplacement des particules dans leur corps. Les chercheurs ont suivi la distance et la vitesse à laquelle des nanoparticules de différentes tailles, formes et charges de surface ont pu voyager après avoir été injectées. Ils ont découvert que des nanoparticules d'un diamètre compris entre six et 34 nanomètres étaient capables de franchir les défenses pulmonaires pour atteindre les ganglions lymphatiques et la circulation sanguine. Cette découverte peut fournir des lignes directrices précieuses pour la conception de médicaments à base de nanoparticules.
La taille minuscule des nanoparticules les rend potentiellement utiles pour l'administration de médicaments. Un médicament doit traverser les barrières tissulaires et combattre les cellules immunitaires attaquantes du corps pour délivrer sa charge thérapeutique avant de sortir du corps pour éviter une réaction toxique. Les scientifiques manipulent la taille, la forme et d'autres caractéristiques des nanoparticules pour trouver la bonne combinaison qui les transportera efficacement à travers le corps.
Il y a une courbe d'apprentissage que nous traversons tous, dit Steven Brody , professeur agrégé de médecine à la Washington University School of Medicine. Lorsque nous commençons à concevoir des nanoparticules comme véhicules d'administration de médicaments, nous devons commencer à comprendre quelles sont les règles. Cela commence à nous donner quelques règles.
Akira Tsuda , chercheur principal à la Harvard School of Public Health, affirme que les poumons peuvent être un bon point d'entrée pour les médicaments : ils ont une surface large et mince à travers laquelle les médicaments peuvent traverser le reste du corps. Mais les poumons ont aussi de puissants mécanismes défensifs, avec des cellules immunitaires constamment en patrouille, à la recherche de molécules étrangères à détruire. Jusqu'à présent, on ne sait pas exactement quel est le mécanisme qui permet à certaines particules de traverser les poumons tandis que d'autres sont capturées et détruites. Comprendre cela pourrait aider les chercheurs à concevoir des médicaments plus efficaces et pourrait fournir une meilleure compréhension des polluants environnementaux.
Tsuda s'est associé à un expert en imagerie Jean Frangioni de la Harvard Medical School, qui a conçu le système d'imagerie utilisé pour suivre les nanoparticules. Hak Soo Choi, professeur de médecine à la Harvard Medical School, a aidé à concevoir un certain nombre de nanoparticules à points quantiques - de minuscules cristaux semi-conducteurs - et a systématiquement modifié leur taille, leur forme et leur charge de surface. Ils ont attaché une sonde fluorescente à chaque nanoparticule pour la faire briller à travers le corps lorsqu'elle est vue à l'aide du dispositif d'imagerie dans le proche infrarouge.
Plastiques Pelham , un fabricant de dispositifs médicaux basé dans le New Hampshire, a développé un cathéter sur mesure pour administrer les nanoparticules dans un poumon de rat. Le cathéter a permis aux chercheurs d'injecter des nanoparticules directement dans le poumon, tout en ventilant le poumon pour simuler la respiration.
L'équipe a suivi le flux de nanoparticules en temps réel, jusqu'à une heure après l'injection. Tsuda a découvert que la taille était le déterminant le plus important pour traverser les poumons, suivie par la charge de surface d'une nanoparticule. Des particules inférieures à six nanomètres et dipolaires (à la fois chargées positivement et négativement) ont voyagé des poumons aux ganglions lymphatiques et dans la circulation sanguine en quelques minutes seulement. Ces mêmes particules se sont allumées dans les reins peu de temps après, ce qui implique qu'elles pourraient facilement être expulsées du corps. Les résultats sont publiés dans le dernier numéro de la revue Biotechnologie naturelle .
David Edwards, professeur Gordon McKay de la pratique du génie biomédical à l'Université de Harvard, considère les découvertes du groupe comme un modèle de départ pour la conception de vaccins efficaces, qui ciblent souvent les cellules immunitaires des ganglions lymphatiques. Edwards dit que leurs résultats peuvent fournir une explication moléculaire du succès de certains vaccins, tels que le vaccin contre l'hépatite B, qui est composé de molécules comprises entre six et 34 nanomètres. Cela clarifie soudainement la question de ce qui pénètre exactement dans le système lymphatique et de ce qui peut éventuellement pénétrer dans la circulation sanguine, dit-il.
Ce travail ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques non seulement pour l'administration locale aux poumons, mais également pour l'administration systémique via l'administration pulmonaire, selon Joseph De Simone , directeur de la nanomédecine à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.
À l'avenir, Tsuda et ses collègues prévoient de mener des études similaires pour évaluer le comportement des nanoparticules des cavités nasales au cerveau. Ils espèrent définir des lignes directrices similaires par lesquelles les médicaments peuvent être conçus et administrés par voie intranasale pour traiter les troubles neurologiques.
Il serait intéressant d'utiliser leur approche pour explorer les problèmes et les opportunités de franchir la barrière hémato-encéphalique via l'administration intranasale, dit DeSimone.