Des millions de personnes dans le monde sont touchées par le cancer chaque année ; plus de 39 % des hommes et des femmes reçoivent un diagnostic de cancer au cours de leur vie. La chimiothérapie est le traitement anticancéreux standard le plus couramment utilisé et l’administration ciblée de ces médicaments sur le site de la tumeur augmente leur efficacité. Cependant, des médicaments en excès peuvent toujours circuler dans le reste du corps et provoquer de multiples effets secondaires, notamment une anémie, des infections chroniques, une perte de cheveux, une jaunisse et de la fièvre.
Un certain nombre de procédés proposés ont été tentés pour éliminer du sang les médicaments chimiothérapeutiques indésirables, en particulier le médicament largement utilisé doxorubicine (DOX). Mais ces méthodes ont abouti à des niveaux d’élimination de la DOX insuffisamment bas. Des stratégies supplémentaires qui utilisent des nanoparticules chargées électriquement pour lier la DOX perdent de leur efficacité avec l’exposition aux molécules chargées et aux protéines présentes dans le sang, malgré l’ajout de matériaux destinés à protéger la capacité de liaison.
Une équipe collaborative, qui comprenait des scientifiques de la Pennsylvania State University et du Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI), a mis au point une méthode pour relever ces défis.
La méthode, décrite dans Les matériaux aujourd’hui Chimie, est à base de nanocristaux de cellulose chevelue – ; des nanoparticules développées à partir du composant principal des parois cellulaires végétales et conçues pour avoir un nombre immense de « cheveux » de chaîne polymère s’étendant de chaque extrémité. Ces poils augmentent la capacité potentielle de capture de médicament des nanocristaux de manière significative au-delà de celle des nanoparticules conventionnelles et d’autres matériaux.
Pour produire les nanocristaux de cellulose velue capables de capturer les médicaments de chimiothérapie, les chercheurs ont traité chimiquement les fibres de cellulose présentes dans la pulpe de bois de résineux et ont conféré une charge négative aux cheveux, les rendant stables contre les molécules chargées présentes dans le sang. Cela corrige les problèmes rencontrés avec les nanoparticules conventionnelles, dont la charge peut être rendue inerte ou réduite lorsqu’elle est exposée au sang, limitant le nombre de molécules de médicament chargées positivement auxquelles elles peuvent se lier en nombre insignifiant.
L’efficacité de liaison des nanocristaux a été testée dans du sérum humain, la partie liquide riche en protéines du sang. Pour chaque gramme de nanocristaux de cellulose velue, plus de 6 000 milligrammes de DOX ont été efficacement éliminés du sérum. Cela représente une augmentation de la capture DOX de deux à trois ordres de grandeur par rapport aux autres méthodes actuellement disponibles.
De plus, la capture de la DOX s’est produite immédiatement après l’ajout des nanocristaux et les nanocristaux n’ont eu aucun effet toxique ou nocif sur les globules rouges dans le sang total ou sur la croissance cellulaire des cellules ombilicales humaines.
Un moyen aussi puissant de capture de médicament dans le corps peut avoir un impact important sur les schémas thérapeutiques du cancer, car les doses peuvent être élevées à des niveaux plus efficaces sans se soucier des effets secondaires néfastes.
Le chercheur principal, Amir Sheikhi, professeur adjoint de génie chimique et de génie biomédical à Penn State, a offert un exemple d’une telle application. « Pour certains organes, comme le foie, la chimiothérapie peut être administrée localement à l’aide de cathéters. Si nous pouvions placer un dispositif basé sur les nanocristaux pour capturer l’excès de médicaments sortant de la veine cave inférieure du foie, un vaisseau sanguin majeur, les cliniciens pourraient potentiellement administrer des doses plus élevées de chimiothérapie pour tuer le cancer plus rapidement sans craindre d’endommager les cellules saines. Une fois le traitement terminé, l’appareil pourrait être retiré.
En plus d’éliminer l’excès de médicaments chimiothérapeutiques du corps, les nanocristaux de cellulose velue pourraient également cibler d’autres substances indésirables telles que les toxines et les drogues addictives à éliminer du corps, et des expériences ont également démontré l’efficacité des nanocristaux dans d’autres applications de séparation, comme dans la récupération d’éléments de valeur des déchets électroniques.
Ce qui a commencé comme un concept relativement simple est devenu un moyen très efficace de séparation des matériaux. Cela crée un potentiel pour des applications biomédicales et scientifiques des matériaux de grande envergure et percutantes. »
Ali Khademhosseini, directeur et PDG, Institut Terasaki pour l’innovation biomédicale
