Libération de médicaments au moyen de nanoparticules : une nouvelle étude de Concordia souligne l’importance de facteurs comme la taille, la forme et la charge

Une équipe de chercheuses et chercheurs montréalais qui exploite la nanotechnologie pour lutter contre les cellules cancéreuses examine l’incidence d’infimes différences de caractéristiques sur l’efficacité des nanoparticules comme vecteurs de libération de médicaments.

Dans un article récemment paru dans la revue Applied Bio Materials de l’American Chemical Society, des scientifiques de l’Université Concordia et de l’Université McGill se sont penchés sur le mécanisme d’absorption cellulaire des nanoparticules. Autrement dit, la façon dont un vecteur pénètre dans une cellule pour ensuite y libérer un médicament.

« Nous souhaitions étudier la manière dont le médicament transporté par la nanoparticule entre dans la cellule, précise le coauteur de l’étude, John Capobianco, professeur au Département de chimie et de biochimie de Concordia et titulaire de la chaire de recherche de l’Université en nanoscience. Comment la nanoparticule franchit-elle la membrane pour libérer le médicament à l’intérieur de la cellule? »

Dirigée par Paola Rojas-Gutierrez, ancienne doctorante du P^r Capobianco, l’équipe de recherche a travaillé sur des cellules pulmonaires cancéreuses cultivées en laboratoire. Elle a comparé le rendement de différentes nanoparticules et isolé diverses voies par lesquelles elles pénétraient dans les cellules, un processus appelé endocytose. Selon le chercheur, il s’agit d’une des rares études portant sur ce mécanisme d’internalisation.

Les scientifiques ont constaté que la taille et la forme de la nanoparticule avaient une incidence sur le processus. La pénétration la plus efficace se produisait en effet lorsqu’une nanoparticule en forme de diamant était placée de manière à ce que sa pointe soit perpendiculaire à la surface de la cellule.

De plus, les chercheurs ont observé que la charge de la nanoparticule jouait un rôle important dans la manière dont elle se répandait dans la cellule après son internalisation. Ils ont ensuite pu recourir à une lumière à faible énergie pour stimuler la libération d’un modèle de médicament, le colorant « rouge Nil », par la nanoparticule.

Lutter contre le cancer à l’échelle microscopique

Comme l’indique leur nom, les nanoparticules sont extrêmement petites. Synthétisées en laboratoire, elles mesurent généralement 100 nanomètres de large – un nanomètre correspondant à un milliardième de mètre. À titre de comparaison, le diamètre d’un cheveu humain est d’environ 100 000 nanomètres, tandis qu’une molécule d’eau mesure 0,275 nanomètre.

L’équipe a donc conçu une nanoparticule revêtue d’une bicouche lipide réagissant à la lumière et apte à émettre elle-même de la lumière par un processus complexe appelé conversion ascendante : exposée à un rayonnement infrarouge à faible énergie, la nanoparticule le transforme en une lumière ultraviolette qui excite les molécules photocommutables de la bicouche lipide. Cette excitation cause une rupture de la bicouche qui permet aux médicaments de s’échapper et de pénétrer dans la cellule.

Les chercheurs espèrent que les professionnels de la santé pourront un jour recourir à la lumière infrarouge pour irradier une petite partie du corps d’un patient, par exemple une tumeur. Puisque le faisceau lumineux serait dirigé sur une zone circonscrite, le médicament détruisant les cellules ne serait libéré qu’à cet endroit – une méthode beaucoup plus précise et moins invasive que la chimiothérapie classique, où les agents anticancéreux attaquent toutes les cellules du corps.

Les recherches menées par l’équipe de John Capobianco le confirment d’ailleurs. En surveillant la progression de la teinture rouge Nil dans les cellules sur lesquelles ils expérimentaient, les chercheurs ont noté que très peu de teinture s’échappait du vecteur nanoparticulaire sans stimulation légère. La faible quantité de teinture libérée était attribuable à des facteurs déclenchants biologiques comme la dégradation enzymatique.

« Cette teinture rouge a la particularité d’être fluorescente. Nous avons donc pu voir où le médicament circulait, notamment à l’intérieur de la cellule, explique le chercheur. Plus précisément, dans quelle partie de la cellule se rendait-il : dans le noyau ou ailleurs? » Répondre à ces questions ouvrira la voie à l’élaboration de traitements plus efficaces et ciblés, comportant moins d’effets indésirables.

L’étude a été corédigée par Devesh Bekah et Jan Seuntjens, respectivement doctorant et professeur à l’Unité de physique médicale du Centre universitaire de santé McGill, ainsi que par Christine DeWolf, professeure et directrice du Département de chimie et de biochimie de l’Université Concordia.

L’étude a été réalisée grâce au soutien du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.

Consultez l’étude citée : Cellular Uptake, Cytotoxicity and Trafficking of Supported Lipid-Bilayer-Coated Lanthanide Upconverting Nanoparticles in Alveolar Lung Cancer Cells.