Des ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego ont développé des nanoparticules modulaires qui peuvent être facilement personnalisées pour cibler différentes entités biologiques telles que des tumeurs, des virus ou des toxines. La surface des nanoparticules est conçue pour héberger toutes les molécules biologiques de votre choix, ce qui permet d’adapter les nanoparticules à un large éventail d’applications, allant de l’administration ciblée de médicaments à la neutralisation d’agents biologiques.
La beauté de cette technologie réside dans sa simplicité et son efficacité. Au lieu de créer des nanoparticules entièrement nouvelles pour chaque application spécifique, les chercheurs peuvent désormais utiliser une base de nanoparticules modulaire et attacher facilement des protéines ciblant une entité biologique souhaitée. Dans le passé, la création de nanoparticules distinctes pour différentes cibles biologiques nécessitait à chaque fois de passer par un processus de synthèse différent du début à la fin. Mais avec cette nouvelle technique, la même base modulaire de nanoparticules peut être facilement modifiée pour créer tout un ensemble de nanoparticules spécialisées.
Il s’agit d’une technologie de plate-forme prête à l’emploi qui permet une modification rapide d’une nanoparticule biologique fonctionnelle. »
Liangfang Zhang, professeur de nano-ingénierie, École d’ingénierie Jacobs de l’UC San Diego
Zhang et son équipe détaillent leur travail dans un article publié le 30 octobre dans Nature Nanotechnologie.
Les nanoparticules modulaires sont constituées de noyaux polymères biodégradables recouverts de membranes cellulaires génétiquement modifiées. La clé de leur conception modulaire réside dans une paire de protéines synthétiques, connues sous le nom de SpyCatcher et SpyTag, spécialement conçues pour se lier spontanément et exclusivement les unes aux autres. Cette paire est couramment utilisée dans la recherche biologique pour combiner diverses protéines. Dans cette étude, Zhang et son équipe ont exploité la paire pour créer un système permettant de fixer facilement des protéines d’intérêt à la surface d’une nanoparticule.
Voici comment cela fonctionne : SpyCatcher est intégré à la surface des nanoparticules, tandis que SpyTag est chimiquement lié à une protéine d’intérêt, telle qu’une protéine ciblant des tumeurs ou des virus. Lorsque les protéines liées au SpyTag entrent en contact avec des nanoparticules décorées par SpyCatcher, elles se lient facilement les unes aux autres, permettant aux protéines d’intérêt d’être attachées sans effort à la surface des nanoparticules. Par exemple, pour cibler des tumeurs, SpyTag peut être lié à une protéine conçue pour rechercher les cellules tumorales, et cette protéine liée à SpyTag est ensuite attachée à la nanoparticule. Si la cible se déplace vers un virus spécifique, le processus est tout aussi simple : il suffit de lier SpyTag à une protéine ciblant le virus et de l’attacher à la surface des nanoparticules.
« Il s’agit d’une approche très simple, rationalisée et directe pour fonctionnaliser des nanoparticules pour toute application biologique », a déclaré Zhang.
Pour créer les nanoparticules modulaires, les chercheurs ont d’abord génétiquement modifié les cellules 293 du rein embryonnaire humain (HEK) ; une lignée cellulaire couramment utilisée dans la recherche biologique ; pour exprimer les protéines SpyCatcher à leur surface. Les membranes cellulaires ont ensuite été isolées, brisées en morceaux plus petits et recouvertes de nanoparticules polymères biodégradables.
Ces nanoparticules ont ensuite été mélangées à des protéines liées au SpyTag. Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé deux protéines différentes : l’une ciblant le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) et l’autre ciblant le récepteur 2 du facteur de croissance épidermique humain (HER2), tous deux répandus à la surface de diverses cellules cancéreuses.
En guise de preuve de concept, les chercheurs ont testé ces nanoparticules chez des souris atteintes de tumeurs ovariennes. Les nanoparticules ont été chargées de docétaxel, un médicament de chimiothérapie, et administrées à des souris par injection intraveineuse tous les trois jours pour un total de quatre injections. Le traitement avec ces nanoparticules a supprimé la croissance tumorale tout en améliorant le taux de survie. Les souris traitées avaient une survie médiane de 63 à 71 jours, tandis que la survie médiane des souris non traitées était de 24 à 29 jours.
Les chercheurs cherchent à améliorer davantage la plateforme modulaire de nanoparticules pour l’administration ciblée de médicaments.
En plus du traitement du cancer, Zhang est enthousiasmé par d’autres applications potentielles de cette technologie. « Comme nous disposons d’une base modulaire de nanoparticules, nous pouvons facilement fixer un agent neutralisant sur la surface pour neutraliser les virus et les toxines biologiques », a-t-il déclaré. « Il existe également un potentiel de création de vaccins en fixant un antigène à la surface des nanoparticules à l’aide de cette plate-forme modulaire. Cela ouvre la porte à une variété de nouvelles approches thérapeutiques. »
