Les chercheurs ont démontré que les conteneurs microscopiques d'administration de médicaments peuvent être magnétiquement dirigés vers leurs cibles, faisant progresser le développement de la médecine de précision pour le traitement des maladies telles que le cancer.
Une équipe multi-université dirigée par Jie Feng, professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie au Grainger College of Engineering de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign, a démontré que les particules magnétiques encapsulées dans des vésicules lipidiques peuvent être utilisées pour diriger les vésicules à travers des fluides.
Cette œuvre, publiée dans la Royal Society of Chemistry Journal À l'échelle nanométriques'appuie sur des résultats antérieurs montrant que les vésicules lipidiques peuvent être conçues pour libérer des médicaments lorsqu'ils sont éclairés avec une lumière laser. Le système résultant, combinant les deux résultats, est un prototype complet pour la précision et l'administration ciblée de médicaments.
« L'attrait des vésicules lipidiques pour l'administration de médicaments est que leur structure est similaire à une cellule, de sorte qu'elles peuvent être faites pour interagir uniquement avec des types particuliers de cellules – un avantage significatif pour le traitement du cancer. L'un des défis de la réalisation de tels véhicules est de savoir comment les diriger vers le site correct. Nous avons montré comment faire cela en utilisant des champs magnétiques, la résolution du dernier gros problème avant de commencer les manifestations excivo. »
Jie Feng, professeur, science et ingénierie mécanique, The Grainger College of Engineering, Université de l'Illinois Urbana-Champaign
Feng a noté que les technologies médicales existantes telles que l'IRM pouvaient être réutilisées pour diriger les véhicules de livraison de médicaments avec leurs champs magnétiques, d'autant plus que ces champs sont conçus pour pénétrer le corps humain. Cela peut être réalisé en encapsulant une particule superparamagnétique dans le véhicule d'administration de médicament, il interagit donc avec le champ magnétique contrôlé à l'extérieur.
La première étape de la création de vésicules lipidiques magnétiquement orientables a été de développer une méthode fiable pour encapsuler les particules magnétiques dans les vésicules. Vinit Malik, un étudiant diplômé en génie de l'Illinois Grainger dans le laboratoire de Feng et l'auteur principal de l'étude, a utilisé la méthode d ' »émulsion inversée », dans laquelle des particules magnétiques sont ajoutées à une solution de lipides dissous, conduisant à des gouttelettes lipidiques qui se forment autour des particules.
« Il n'était pas évident quelle serait la meilleure façon d'encapsuler les particules lipidiques, il y avait donc une grande recherche de littérature et quelques essais et erreurs », a déclaré Malik. « Nous avons dû déterminer la meilleure taille de particules magnétiques, puis nous avons dû comprendre que la méthode d'émulsion inversée a les rendements les plus élevés pour les particules encapsulées. »
Ensuite, les chercheurs ont démontré que les champs magnétiques pourraient diriger les vésicules lipidiques. Malik a développé une plate-forme imprimée 3D pour monter les aimants en toute sécurité au microscope et pour placer les vésicules dans une solution entre les aimants. En observant le mouvement résultant, les chercheurs ont observé comment la vitesse variait avec le rapport de la taille des particules magnétiques à la taille des vésicules. Ils ont également confirmé que les vésicules ne libèrent leur cargaison que lorsqu'ils sont illuminés avec une lumière laser après avoir déménagé à la fin du canal microfluidique.
Bien que ces expériences aient montré que les vésicules lipidiques se déplaçaient comme prévu dans les champs magnétiques, il était également nécessaire de comprendre comment la particule magnétique pousse la vésicule de l'intérieur pour comprendre le comportement de l'ensemble de l'appareil.
Les chercheurs de l'Illinois se sont associés à des enquêteurs de l'Université de Santa Clara pour étudier par calcul la dynamique interne de la vésicule pour prédire la vitesse de mouvement. À l'aide de la méthode Boltzmann du réseau, ils ont observé comment la particule magnétique traîne toute la vésicule lors du déplacement dans un champ magnétique.
« Cela nous a permis d'étendre nos expériences, car il est autrement difficile d'observer ou de prédire la réponse d'un tel système de vésicules », a déclaré Malik. « Il nous donne un pouvoir prédictif qui améliorera les directives de conception et nous permettra de comprendre les mécanismes physiques régissant le mouvement. »
Armé de démonstrations expérimentales de libération de médicament induite par la lumière et de direction magnétique, le laboratoire de Feng vise désormais à commencer des études in vitro démontrant que les vésicules lipidiques peuvent être magnétiquement dirigées vers des emplacements spécifiques à travers des fluides comme le sang humain.
« Nos résultats combinés jettent la base d'un système complet d'administration de médicaments de précision, et nous sommes prêts à explorer les utilisations potentielles du traitement », a déclaré Feng. « Nous travaillons vers la prochaine étape: utiliser un vrai médicament et effectuer une étude in vitro dans un système microfluidique qui simule les caractéristiques des environnements biologiques. »
