Une innovation du MIT en matière de santé personnalisée : les nanogels (treillis d’assemblage geniaux) qui délivrent la juste dose et peuvent être auto-administrés.
Les scientifiques du Massachusetts Institute of Technology ont conçu un nouveau type d’hydrogel à usage médical. Ce gel est conçu pour délivrer la juste dose de médicaments nécessaires à un endroit précis dans le corps du patient pouvant même agir comme un dépôt de médicament à long terme et libérant une charge utile sur une période de temps spécifique. Mais la caractéristique innovante la plus importante de ce gel est sa propriété d’auto-guérison qui veut dire qu’il peut être injecté directement par une seringue.
En théorie, les gels peuvent être utiles pour délivrer des médicaments pour traiter le cancer, la dégénérescence maculaire, une maladie cardiaque ou parce qu’ils peuvent être moulés dans des formes spécifiques et conçus pour libérer leur charge utile dans un emplacement spécifique sur une période de temps spécifiée. Cependant, les gels actuels ne sont pas très pratiques car ils doivent être implantés chirurgicalement.
En revanche, ce nouveau gel est constitué d’un réseau maillé de nanoparticules à base de polymères entrelacés à l’intérieur d’un autre polymère brins, comme la cellulose. « Maintenant vous avez un gel qui peut changer de forme lorsque vous l’appliquez mais surtout il peut guérir. Vous l’injectez directement avec une seringue ou une aiguille dans le corps sans chirurgie », explique Mark Tibbitt , un post-doc au MIT Institut Koch for Cancer Research intégrative et l’un des principaux auteurs d’un document décrivant le gel dans la revue Nature Communications du 19 février 2015.
L’autre limite des hydrogels en utilisation biomédicale – telle que la fabrication de lentilles de contact souples – est qu’ils sont traditionnellement constitués de liaisons chimiques entre les polymères irréversibles, de sorte que leur forme ne peut être facilement modifiée.
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La création d’un gel d’auto-assemblage
L’équipe du MIT a donc décidé de créer un gel qui pourrait survivre à des forces mécaniques fortes, appelées forces de cisaillement, encore capables de se réformer. D’autres chercheurs ont créé ces gels par ingénierie de protéines qui s’auto-assemblent en hydrogels, mais cette approche nécessite des processus biochimiques complexes. L’équipe du MIT a souhaité concevoir quelque chose de simple.
L‘approche MIT repose sur une combinaison de deux éléments facilement disponibles. L’un est un type de nanoparticules formé de copolymères PEG-PLA, d’abord développé dans le laboratoire de Langer il ya des décennies et maintenant couramment utilisées pour emballer et livrer des médicaments. Pour former le nouvel hydrogel, les chercheurs ont mélangé ces particules avec un polymère – dans ce cas, la cellulose.
Chaque forme de chaîne de polymère comporte de nombreuses liaisons faibles avec des nanoparticules, produisant un treillis tissé de façon lâche. De ce fait, chaque point de fixation est relativement faible, les liaisons risquant de se rompre sous l’effort mécanique, notamment lorsque le gel est injecté à travers une seringue. Lorsque ces forces de cisaillement sont renforcées, les polymères et les nanoparticules montés, on peut former de nouvelles pièces jointes avec les différents composants du gel.
Ces images de microscope électronique à balayage, prises à différents grossissements, montrent la puissance de ces nouveaux hydrogels en nanoparticules, interagissant avec de ongues chaînes de pokymères (Crédit photo : ©Eric Appel et Nature Communication)
L’utilisation de deux composants pour former ce gel donne également aux chercheurs la possibilité de fournir deux médicaments différents à la fois. Les nanoparticules PEG-PLA ont un noyau interne qui est idéalement adapté pour transporter les médicaments hydrophobes à petites molécules (incompatibles avec l’eau), et qui comprennent de nombreux médicaments de chimiothérapie. Pendant ce temps, des polymères existants dans une solution aqueuse, peuvent transporter des molécules hydrophiles (compatibles avec l’eau) comme les protéines, y compris des anticorps et des facteurs de croissance.
L’administration de médicaments à long terme
Dans cette recherche, les chercheurs ont montré que les gels ont survécu à l’injection sous la peau testée sur des souris et cré avec succès deux médicaments, un hydrophobe et un autre hydrophile, sur plusieurs jours.
Ce type de gel offre un avantage important par rapport à l’injection d’une solution liquide de nanoparticules de libération de drogues : une telle solution est immédiatement dispersée dans l’organisme, tandis que le gel reste en place après l’injection, ce qui permet au médicament d’être ciblé vers un tissu spécifique et évite des réactions toxiques. En outre, les propriétés de chaque composant de gel peuvent être réglées de telle sorte que les médicaments qu’ils transportent soient libérés à des vitesses différentes, leur permettant de s’adapter à tous types d’utilisations.
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Traitement de l’oeil, des problèmes cardiaques et du cancer
Les chercheurs étudient maintenant l’utilisation du gel pour l’anti-angiogénèse (anti-vaisseaux sanguins de formation) et créer ainsi des médicaments pour traiter la dégénérescence maculaire. Actuellement, les patients reçoivent ces médicaments qui stoppent la croissance des vaisseaux sanguins qui interfèrent avec la vue : il faut une injection dans l’œil une fois par mois. L’équipe du MIT prévoit que le nouveau gel pourrait être programmé pour délivrer ces médicaments pendant plusieurs mois, ce qui réduit la fréquence des injections.
Une autre application potentielle pour les gels est la délivrance de médicaments pour recréer du tissu cardiaque endommagé après une attaque cardiaque.
Les chercheurs poursuivent également la possibilité d’utiliser ce gel pour délivrer des médicaments contre le cancer pour tuant les cellules tumorales encre présentes après chirurgie. Dans ce cas, le gel pourrait être chargé d’un produit chimique spécifique attirant les cellules cancéreuses ainsi que d’un médicament de chimiothérapie pour les tuer. Cela pourrait aider à éliminer les cellules cancéreuses résiduelles qui forment souvent de nouvelles tumeurs après la chirurgie.
« Une ablation de tumeur laisse toujours une cavité que vous pouvez combler avec ce type de gel, ce qui donnera un certain avantage thérapeutique sur le long terme » déclare Eric Appel. « Et nous pouvons adapter les matériaux afin de fournir le profil de médicament le plus efficace possible pour guérir les cellules. »
La recherche a été financée par le Wellcome Trust, la Fondation Misrock, le ministère de la Défense, et le National Institutes of Health.
Maryline Passini, Fondatrice et directrice de l’agence de prospective Proâme
Sources :
– Eric A. Appel, Mark W. Tibbitt, Matthew J. Webber, Bradley A. Mattix, Omid Veiseh, Robert Langer. hydrogels auto-assemblées en utilisant des interactions polymère nanoparticules. Nature Communications, 2015; 6: 6295 DOI: 10.1038 / ncomms7295.
– New nanogel pour la délivrance de médicament.
