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Sacs à dos pour cellules
Des cellules vivantes portant des sacs à dos microscopiques - des patchs polymères nanostructurés chargés de cargaison chimique - pourraient un jour être capables de transporter des médicaments ou des agents d'imagerie vers les tissus malades. Les chercheurs du MIT disent avoir construit avec succès de tels sacs à dos, les ont remplis de particules magnétiques et les ont attachés à la surface des cellules immunitaires sans perturber la capacité des cellules à interagir avec leur environnement. Le travail est décrit dans un récent numéro de Lettres nano .
Paré: Deux cellules immunitaires (gris) portent des sacs à dos en polymère (vert). Les sacs à dos attachés ont deux couches : une couche d'adhérence cellulaire qui s'accroche à la surface de la cellule et une couche de charge utile qui transporte une certaine cargaison chimique - dans ce cas, un colorant fluorescent vert. Les chercheurs espèrent que les sacs à dos pourront un jour être adaptés pour administrer des médicaments ou des agents d'imagerie à des régions spécifiques du corps.
Dans l'ensemble, il s'agit d'un travail très important, dit michael marin , professeur de chimie et de biochimie à l'Université de Californie à San Diego, qui n'a pas participé à l'étude. Il existe de nombreuses variantes possibles sur ce thème pour une multitude de maladies différentes. Je pense que cela pourrait commencer une sous-discipline entièrement nouvelle.
Les sacs à dos sont construits à partir de trois fines couches de film polymère. La couche inférieure ancre le sac à dos à une surface pendant la construction et le chargement. La couche intermédiaire porte la cargaison du sac à dos. Et la couche supérieure agit comme un crochet qui s'accroche à la surface d'une cellule.
Une fois les sacs à dos synthétisés, les chercheurs ont ajouté une solution contenant des cellules immunitaires vivantes, qui ont été immédiatement accrochées par les couches supérieures des sacs à dos. Ensuite, en abaissant la température, ils ont déclenché la dissolution des couches de polymère inférieures, libérant les cellules portant le sac à dos de la surface.
Ce processus permet une polyvalence incroyable dans la cargaison des sacs à dos, dit Michael Rubner , directeur du Center for Materials Science and Engineering du MIT et auteur principal de l'article. Parce que les cellules ne sont ajoutées qu'à la toute fin, il n'y a aucun danger à utiliser des produits chimiques toxiques et des conditions difficiles pour construire et charger les sacs à dos. Vous pouvez utiliser toute la chimie dure que vous voulez, car la cellule n'est pas là pour être tuée, dit Rubner. Ce n'est que dans la dernière étape du processus que la cellule se fixe à la surface, attrape son sac à dos et le soulève.
Pour tester à quel point les sacs à dos étaient bien attachés, les chercheurs les ont remplis de nanoparticules magnétiques, les ont chargées sur des cellules immunitaires et ont placé les cellules près d'un aimant. Au microscope, on pouvait voir les cellules migrer vers l'aimant, entraînées par leurs sacs à dos, qui restaient fermement ancrés en place.
Habituellement, les particules incorporées à la surface d'une cellule sont internalisées en quelques secondes, dit Mauro Ferrari , directeur de la division de nanomédecine à l'Université du Texas, qui n'était pas impliqué dans les travaux. Le fait que cette chose y reste plus de quelques secondes est remarquable, dit-il.
Sailor prévient que même si la technologie est prometteuse, le vrai défi sera de la faire fonctionner à l'intérieur du corps. Il n'y a aucun moyen de savoir à ce stade comment les cellules portant un sac à dos se comporteraient lorsqu'elles circuleraient dans la circulation sanguine. Ils pourraient engloutir ou jeter leurs sacs, ou se loger dans des espaces restreints. Les premières études suggèrent que les sacs à dos ne présentent aucun danger pour la santé des cellules immunitaires, mais beaucoup plus de travail est nécessaire avant que le système puisse être testé à l'intérieur d'un animal vivant, explique Rubner.
Lorsqu'ils atteindront le stade des tests sur les animaux, les chercheurs prévoient de commencer par charger les sacs à dos avec une substance traçable - peut-être les nanoparticules magnétiques, qui peuvent être imagées par IRM, ou peut-être des molécules fluorescentes. Cela permettra à l'équipe de déterminer comment les cellules migrent et si elles atteignent les cibles souhaitées.
Finalement, Rubner et ses collègues envisagent d'utiliser les sacs à dos pour des thérapies qui rééquipent le système immunitaire du corps pour attaquer les tissus malades ou cancéreux. Par exemple, les cellules immunitaires pourraient être retirées de la circulation sanguine, équipées de sacs à dos, activées pour se concentrer sur une tumeur et renvoyées dans le corps. Là, ils livreraient leur cargaison - qu'il s'agisse d'un agent d'imagerie ou d'un médicament chimiothérapeutique - directement à la tumeur, évitant ainsi aux tissus sains d'être exposés à la charge utile toxique.
Les chercheurs s'attendaient initialement à ce que chaque sac à dos adhère uniformément à la surface de sa cellule porteuse, un peu comme un pansement. Au lieu de cela, les patchs semblaient coller fermement à un endroit, le reste pendait, un peu comme un vrai sac à dos, qui ne s'ancre qu'au niveau des épaules, explique Rubner. Ce phénomène inattendu pourrait en fait être utile, dit-il. Les cellules immunitaires doivent se faufiler à travers des ouvertures étroites dans le corps ; un pack plâtré pourrait rendre les cellules moins flexibles, tandis qu'un pack pendant pourrait être tiré à travers.
Pour la plupart, les cellules et les sacs à dos étaient connectés dans un rapport de un pour un. Mais parfois, dans certaines conditions, des amas géants de cellules agrégées et de sacs à dos se sont formés. Parce que les sacs à dos ne reposaient pas à plat contre les cellules, plus d'une cellule pouvait s'accrocher à un seul patch, ou plus d'un patch pouvait s'attacher à une cellule. Rubner espère que son équipe pourra apprendre à manipuler ce processus, servant peut-être de base à l'ingénierie tissulaire ascendante.
C'est une nouvelle approche, dit Rubner. Il y a beaucoup de flexibilité dans ce que vous pouvez faire avec, et nous espérons que cette flexibilité va se transformer en quelque chose qui aura une grande valeur pour la société.
Mais cela va prendre du temps, ajoute-t-il.