Des fleurs microscopiques pour délivrer des médicaments

Comment les médicaments peuvent-ils être dirigés vers l'endroit précis du corps où ils doivent agir ? Les scientifiques étudient cette question depuis longtemps. Il s'agit par exemple d'administrer des médicaments anticancéreux directement à une tumeur afin qu'ils n'agissent qu'à cet endroit précis, sans provoquer d'effets secondaires dans le reste du corps. Des recherches sont en cours pour identifier des particules porteuses sur lesquelles des principes actifs peuvent être liés. De telles particules doivent répondre à toute une série d'exigences, dont les trois suivantes : premièrement, elles doivent pouvoir absorber un maximum de molécules de la substance active ; deuxièmement, elles doivent pouvoir être guidées dans la circulation sanguine à l'aide d'une technique simple telle que les ultrasons ; et troisièmement, elles doivent pouvoir être suivies dans le corps à l'aide d'une procédure d'imagerie non invasive. Ce dernier point est le seul moyen de vérifier que les médicaments ont bien été délivrés.

Il a été difficile de trouver une solution unique qui réponde à toutes ces exigences. Des recherches menées par l'ETH Zurich ont maintenant dévoilé une classe spéciale de particules répondant à tous ces critères. Non seulement ces particules sont efficaces, mais elles sont aussi visuellement frappantes au microscope, ressemblant à de minuscules fleurs en papier ou à des roses du désert. Elles sont constituées de pétales extrêmement fins qui s'arrangent pour former des fleurs. Ces particules florales ont un diamètre de un à cinq micromètres, ce qui est légèrement plus petit qu'un globule rouge.

Leur forme présente deux avantages principaux. Premièrement, les particules de fleurs ont une surface énorme par rapport à leur taille. Les espaces entre les nombreux pétales de fleurs densément emballés ne font que quelques nanomètres de large et agissent comme des pores. Cela signifie qu'elles peuvent absorber de très grandes quantités de substances actives sur le plan thérapeutique. Deuxièmement, les pétales de fleurs diffusent des ondes sonores ou peuvent être recouverts de molécules qui absorbent la lumière, ce qui permet de les rendre facilement visibles à l'aide de l'imagerie ultrasonore ou optoacoustique.

Ces résultats viennent d'être rapportés par les groupes dirigés par Daniel Razansky et Metin Sitti dans une étude publiée dans la revue Advanced Materials. Daniel Razansky est professeur d'imagerie biomédicale à l'ETH Zurich et à l'université de Zurich. Metin Sitti est un expert en microrobotique et, jusqu'à récemment, il était professeur à l'ETH Zurich et à l'Institut Max Planck pour les systèmes intelligents à Stuttgart avant de rejoindre l'Université Koç à Istanbul.

Mieux que les bulles de gaz

«Auparavant, les scientifiques avaient surtout étudié de minuscules bulles de gaz comme méthode de transport dans la circulation sanguine à l'aide d'ultrasons ou d'autres méthodes acoustiques», a déclaré Paul Wrede, co-auteur de l'étude et étudiant en doctorat dans le groupe de Daniel Razansky. «Nous avons maintenant démontré que les microparticules solides peuvent également être guidées acoustiquement». L'avantage des particules florales par rapport aux bulles est qu'elles peuvent être chargées de plus grandes quantités de molécules d'ingrédients actifs.
 

Les chercheuses et chercheurs ont démontré que les particules de fleurs pouvaient être chargées d'un médicament anticancéreux lors d'expériences en boîte de Pétri. Ils et elles ont également injecté les particules dans la circulation sanguine de souris. En utilisant des ultrasons focalisés, les particules ont pu être maintenues dans une position prédéterminée dans le système circulatoire. Ils et eles y sont parvenues malgré la rapidité de la circulation sanguine autour des particules. Les ultrasons focalisés sont une technique qui consiste à concentrer les ondes sonores en un point précis. «En d'autres termes, nous ne nous contentons pas d'injecter les particules en espérant que tout se passe bien. Nous les contrôlons réellement», a déclaré Paul Wrede. Les scientifiques espèrent que cette technologie sera un jour utilisée pour administrer des médicaments aux tumeurs ou aux caillots qui bloquent les vaisseaux sanguins.

Les particules peuvent être fabriquées à partir de divers matériaux et avoir différents revêtements en fonction de leur utilisation et de la procédure d'imagerie privilégiée par les scientifiques pour contrôler la position des particules. «Le principe de fonctionnement sous-jacent est basé sur leur forme, et non sur le matériau dont elles sont faites», explique Paul Wrede. Dans leur étude, les scientifiques ont examiné en détail les particules de fleurs en oxyde de zinc. Ils et elles ont également testé des particules en polyimide et un matériau composite composé de nickel et de composés organiques.

Les chercheurs et chercheuses souhaitent à présent affiner leur concept.Elles et ils prévoient d'abord d'effectuer d'autres tests sur des animaux, après quoi la technologie pourrait s'avérer bénéfique pour les patients et patientes souffrant de maladies cardiovasculaires ou de cancer.