Les liposomes artificiels de vésicule bicouche lipidique, également appelés protéoliposomes, sont des systèmes spécialisés capables d’incorporer diverses molécules, telles que des produits chimiques et des médicaments.
Leurs propriétés uniques en font des transporteurs idéaux pour délivrer des substances à l’intérieur des cellules. Cependant, ils doivent posséder la double caractéristique d’une grande stabilité en milieu extracellulaire et d’une faible stabilité en milieu intracellulaire.
Plusieurs techniques ont été développées pour réguler la stabilité des liposomes d’une manière dépendante de la condition, les liposomes sensibles au pH étant largement utilisés. Mesure standard de l’acidité ou de la basicité, l’échelle de pH va de 1 à 14, 7 signifiant « neutre », comme l’eau, un pH inférieur à 7 indiquant l’acidité et celui supérieur à 7 indiquant la basicité. Fait intéressant, les liposomes sensibles au pH peuvent être déclenchés pour libérer leur contenu lorsqu’ils sont exposés à un pH acide inférieur à 5,5.
Dans une nouvelle étude, une équipe de chercheurs, dirigée par le professeur Yuki Sudo de l’Université d’Okayama, au Japon, a mis au point une méthode précise de libération du contenu des liposomes sensibles au pH à l’aide de la lumière.
L’étude présente un nouveau nanomatériau appelé liposome perturbateur induit par la lumière (LiDL) et l’applique à l’administration de substances intracellulaires contrôlées par la lumière. »
Yuki Sudo, Professeur, Université d’Okayama
Leur travail, co-écrit par M. Taichi Tsuneishi de l’Université d’Okayama et le professeur Yuma Yamada de l’Université d’Hokkaido au Japon, a été publié dans le numéro 59 de la revue Communications chimiques le 15 juin 2023.
Les chercheurs ont utilisé une protéine appelée Rubricoccus marinus Xenorhodopsin (RmXeR), dérivée d’une bactérie marine, pour initier l’acidification à l’intérieur des liposomes à l’aide de la lumière. Pour étudier la fonctionnalité de RmXeR dans les liposomes sans interférence des propriétés dépendantes du pH, ils ont d’abord développé des protéoliposomes insensibles au pH en utilisant la méthode d’hydratation des lipides, combinant la phosphatidylcholine du jaune d’œuf avec du cholestérol. Ensuite, le RmXeR purifié a été incorporé via la méthode de dilution. Les chercheurs ont estimé que le pH à l’intérieur des liposomes ainsi obtenus est passé de 7,0 à 4,8 lors de l’exposition à la lumière verte, ce qui les rend aptes à une perturbation induite par la lumière.
Par la suite, l’équipe a développé des protéoliposomes sensibles au pH à base de 1,2-dioléoyl-sn-glycéro-3-phosphoéthanolamine et d’hémisuccinate de cholestérol. Fait intéressant, avant d’introduire RmXeR dans les liposomes, les chercheurs ont incorporé un colorant fluorescent hydrosoluble appelé calcéine comme substance de test pour évaluer leur capacité de libération.
En surveillant la fluorescence de la calcéine, ils ont observé que sa libération des liposomes se produisait de manière dépendante de la lumière, indiquant que les liposomes libéraient efficacement des substances lorsqu’ils étaient déclenchés par la lumière. Ces protéoliposomes sensibles au pH, ou LiDL, ont montré une stabilité exceptionnelle en l’absence de lumière, conservant leurs propriétés physicochimiques lorsqu’ils sont exposés à une température de 4°C pendant deux semaines.
Dans la phase suivante de l’étude, les chercheurs ont introduit LiDL dans des cellules HeLa de mammifères pour évaluer leur efficacité en tant que vecteurs pour délivrer des substances à l’intérieur des cellules. Ils ont surveillé l’absorption cellulaire des LiDL, constatant que la présence de LiDL, indépendamment de l’inclusion de RmXeR, améliorait l’absorption des liposomes par les cellules HeLa.
Cela a démontré le potentiel de LiDL en tant que transporteur pour la livraison de substance intracellulaire. Pour améliorer encore l’efficacité de l’administration intracellulaire, les chercheurs ont introduit un produit chimique appelé stéaryl octaarginine dans LiDL. Cette version améliorée, appelée LiDL-R8, présentait des performances nettement meilleures par rapport à LiDL.
Ces résultats mettent en évidence l’utilité de LiDL pour la livraison intracellulaire de produits chimiques ainsi que de biomolécules. « Avec LiDL, l’administration de médicaments peut être contrôlée par la lumière, ce qui pourrait conduire à des avancées dans diverses thérapies », souligne le professeur Sudo. À l’avenir, l’équipe vise à améliorer l’efficacité de la libération du contenu en caractérisant en profondeur la structure des liposomes et en optimisant les conditions expérimentales.
En effet, les LiDL sont très prometteuses en tant que supports optiquement contrôlables pour une meilleure administration des médicaments. Ces liposomes offrent une efficacité accrue sans provoquer d’effets secondaires, présentant une stabilité extracellulaire exceptionnelle et une instabilité intracellulaire contrôlable. « Notre étude contribuera à assurer une vie saine et à promouvoir le bien-être des personnes de tous âges, ce qui rejoint l’un des objectifs de développement durable (ODD3) des Nations Unies », conclut un professeur optimiste. Sudo.
