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Un faisceau d’ultrasons déclenche des « nanogouttelettes » pour administrer des médicaments exactement au bon endroit

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Crédit : Pixabay/CC0 Domaine public

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L’administration conventionnelle de médicaments revient souvent à casser une noix avec un marteau. Que le médicament soit avalé, injecté, inhalé ou absorbé par la peau, il se diffuse finalement dans la plupart des parties du corps, y compris celles où il n’est pas nécessaire ou où il pourrait même causer des dommages.

Et si la livraison pouvait être ciblée exactement au bon endroit ? Cela permettrait de réduire considérablement la dose totale, minimisant ainsi les effets secondaires.

Aujourd’hui, des scientifiques américains ont trouvé un moyen de perfectionner une méthode prometteuse et émergente qui fait exactement cela. Grâce à leur nouveau protocole, la méthode est rendue à la fois sûre et efficace pour la première fois, ouvrant, espérons-le, la voie aux premiers essais sur l’homme. Les résultats sont publié dans Frontières des biosciences moléculaires.

« Nous montrons ici une méthode permettant d’administrer des médicaments dans des zones spécifiques du corps où ils sont nécessaires. Nous le faisons en utilisant des ondes ultrasonores, qui déclenchent la libération du médicament à partir des nanoporteurs en circulation lorsqu’ils sont concentrés sur la cible », a déclaré Matthew G Wilson, assistant de recherche diplômé. à l’Université de l’Utah et premier auteur de l’étude. « Nous avons développé une méthode pour produire des nanoporteurs stables de manière reproductible et identifié des paramètres ultrasonores qui peuvent les activer. »

Gouttelettes de nano-ingénierie

Les nanoporteurs sont de minuscules gouttelettes, mesurant entre 470 et 550 nanomètres de diamètre, dotées d’une enveloppe extérieure creuse composée de molécules de polymère. Ces polymères ont deux extrémités distinctes : une extrémité hydrophile, qui se mélange bien aux solutions aqueuses comme le sang et qui est tournée vers l’extérieur, et une extrémité hydrophobe qui ne se mélange pas à l’eau et qui est tournée vers l’intérieur.

À l’intérieur de la coque se trouve un noyau interne de perfluorocarbones hydrophobes, des molécules constituées principalement de fluor et de carbone, et qui sont mélangées à un médicament d’intérêt également hydrophobe. Les coquilles maintiennent les noyaux séparés, les empêchant de fusionner en une seule gouttelette et forment une barrière contre le système immunitaire. L’effet ressemble beaucoup à celui de la mayonnaise, où les protéines des œufs forment des gouttelettes d’huiles encapsulées, où autrement l’huile et l’eau se sépareraient complètement.

Pour libérer le médicament, les chercheurs ont diffusé une échographie – une onde sonore dont la fréquence dépasse la limite supérieure de l’audition humaine – de 300 ou 900 kilohertz. Le faisceau d’ultrasons peut être dirigé sur trois dimensions, pour se concentrer sur une zone souhaitée du corps qui ne fait que quelques millimètres de diamètre.

On pense que les ultrasons provoquent l’expansion des perfluorocarbures, étirant la coquille de la gouttelette et la rendant plus perméable au médicament, qui se diffuse ensuite vers les organes, les tissus ou les cellules où il est nécessaire.

Les chercheurs ont comparé l’efficacité de l’administration d’un médicament représentatif – le propofol anesthésique et sédatif – entre trois perfluorocarbures différents, le perfluoropentane (PFP), le décafluoropentane (DFP) et le perfluorooctylbromure (PFOB). Les ultrasons ont été délivrés aux nanogouttelettes in vitro, en 60 impulsions de 100 millisecondes sur une minute.

Atteindre le point d’ébullition

Les résultats ont montré que l’équilibre entre la stabilité des nanogouttelettes et l’efficacité de leur délivrance était optimal pour les noyaux PFOB.

« Des études antérieures se sont concentrées sur les perfluorocarbures ayant un point d’ébullition bas, généralement inférieur à la température du corps humain. Nous avons constaté que les gouttelettes comportant un noyau de PFOB, dont le point d’ébullition est de 142 °C, sont beaucoup plus stables dans le temps », a expliqué Wilson.

« Malgré son point d’ébullition élevé, le PFOB peut atteindre des niveaux similaires de libération de médicament lorsque des ultrasons basse fréquence de 300 kilohertz sont appliqués. La fréquence des ultrasons s’est avérée être un facteur critique dans notre étude. »

Pour tester la sécurité, les chercheurs ont injecté à un seul macaque à longue queue six doses de nanogouttelettes à base de PFOB à intervalles d’une semaine et ont surveillé l’évolution d’une gamme de biomarqueurs sanguins pour la fonction hépatique, rénale et immunitaire. Cette expérience, qui avait été approuvée par le comité institutionnel de protection et d’utilisation des animaux de l’Université de l’Utah, a montré que les nanogouttelettes étaient bien tolérées, sans effets secondaires détectables. Ces expériences doivent être reproduites dans le cadre d’essais de microdosage ou de phase I sur des volontaires humains.

Les auteurs ont également publié leur protocole de production de nanogouttelettes en tant que science ouverte, afin que d’autres groupes de recherche puissent tirer directement des enseignements de leurs découvertes.

« La méthode que nous avons développée peut être appliquée à diverses affections en fonction du médicament utilisé. Pour les applications psychiatriques, l’administration localisée de propofol pourrait être utilisée comme outil de diagnostic pour identifier les régions cérébrales impliquées de manière causale dans les troubles de chaque patient. Pour en savoir plus traitement durable, l’administration de kétamine pourrait être une méthode puissante pour recâbler les circuits neuronaux », a conclu le superviseur académique de Wilson, le Dr Jan Kubanek, professeur adjoint à l’Université de l’Utah et auteur principal de l’étude.

Plus d’information:
Matthew G. Wilson et al, Libération ciblée de médicaments à partir de nanoporteurs stables et sûrs sensibles aux ultrasons, Frontières des biosciences moléculaires (2024). DOI : 10.3389/fmolb.2024.1408767. www.frontiersin.org/articles/1 … lb.2024.1408767/full


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