En banebrydende metode til screening af de mest nyttige nanopartikler til medicin

Brugen af ​​nanopartikler - små, grundstoffer på størrelse med virus, der er udviklet under laboratorieforhold - er i stigende grad udbredt i biomedicinens verden. Denne hurtigt udviklede teknologi giver håb til mange medicinske anvendelser, hvad enten det er til diagnose eller terapi. I onkologi, for eksempel, den voksende mængde forskning tyder på, at takket være nanopartikler, behandlingen vil snart blive mere præcis, mere effektiv og mindre smertefuld for patienterne. Imidlertid, måden nanopartikler interagerer med immunsystemet på forblev uklar og uforudsigelig indtil for nylig, begrænse deres potentielle medicinske brug. I dag, forskere fra universiteterne i Genève (UNIGE) og Fribourg (UNIFR), Schweiz, er tæt på at løse problemet:de har udtænkt en hurtig screeningsmetode til at udvælge de mest lovende nanopartikler, derved hurtigt spore udviklingen af ​​fremtidige behandlinger. På mindre end en uge, de er i stand til at afgøre, om nanopartikler er kompatible med den menneskelige krop eller ej - en analyse, der tidligere krævede flere måneders arbejde. Denne opdagelse, som er beskrevet i journalen Nanoskala , kan meget vel føre til det hurtige, sikker og billigere udvikling af nanoteknologi anvendt på medicin.

Nanopartikler måler mellem en og 100 nanometer, omtrent på størrelse med en virus. Selve deres lillehed betyder, at de har potentialet til at blive brugt i en bred vifte af medicinske anvendelser:tjener som markører for diagnose, for eksempel, eller levering af terapeutiske molekyler til det nøjagtige sted i kroppen, hvor lægemidlet er beregnet til at virke. Imidlertid, før de anvendes til det medicinske område, nanopartikler skal bevise (i) at de er sikre for den menneskelige krop og (ii) at de er i stand til at omgå immunsystemet, så de kan have en effekt. "Forskere kan bruge år på at udvikle en nanopartikel, uden at vide hvilken indvirkning det vil have på en levende organisme, " forklarer Carole Bourquin, professor ved de medicinske og naturvidenskabelige fakulteter ved UNIGE og projektleder. "Så der var et reelt behov for at designe en effektiv screeningsmetode, der kunne implementeres i begyndelsen af ​​udviklingsprocessen. Faktisk, hvis nanopartiklerne ikke er kompatible, flere års forskning blev simpelthen smidt væk."

Makrofager orkestrerer immunresponset

Når et fremmedelement - et hvilket som helst fremmedelement - kommer ind i kroppen, immunsystemet aktiveres. Makrofager findes altid i frontlinjen, store celler, der "indtager" angribere og udløser immunresponset. Nanopartikler er ingen undtagelse fra denne regel. Den måde, hvorpå makrofager reagerer på den undersøgte nanopartikel, forudsiger derefter produktets biokompatibilitet. "Når du begynder at udvikle en ny partikel, det er meget svært at sikre, at opskriften er nøjagtig den samme hver gang, " påpeger Inès Mottas, den første forfatter. "Hvis vi tester forskellige batches, resultaterne kan afvige. Derfor er vores idé om at finde en måde at teste de tre parametre samtidigt - og på den samme prøve - for at fastslå produktets biokompatibilitet:dets toksicitet, dets evne til at aktivere immunsystemet, og makrofagernes kapacitet til at indtage dem."

Den ideelle medicinske nanopartikel bør derfor ikke være giftig (den bør ikke dræbe cellerne); bør ikke indtages fuldstændigt af makrofagerne (så den bevarer sin handlekraft); og bør begrænse aktiveringen af ​​immunsystemet (for at undgå uønskede bivirkninger).

Evaluering af de tre nøgleelementer samtidigt

Indtil nu, evaluering af nanomaterialers biokompatibilitet var en besværlig opgave, der tog flere måneder og gav reproducerbarhedsproblemer, da ikke alle testene blev udført på den samme partikelparti. Professor Bourquin og hendes team brugte flowcytometri til at stille en diagnose på de tre væsentlige elementer på en sikker og standardiseret måde, og på rekordtid. "Makrofagerne bringes i kontakt med nanopartiklerne i 24 timer, og sendes derefter foran laserstrålerne. Den fluorescens, der udsendes af makrofagerne, gør det muligt at tælle dem og karakterisere deres aktiveringsniveauer. Da partiklerne selv er fluorescerende, vi kan også måle den mængde makrofagerne indtager. Vores proces betyder, at vi kan teste de tre elementer samtidigt, og vi har kun brug for en meget lille mængde partikler, " fortsætter Mottas. "Vi kan få en omfattende diagnose af den nanopartikel, der er indsendt til os på to eller tre dage."

Metoden udviklet i Genève og Freiburg er en del af arbejdet udført inden for National Centres of Competence in Research (NCCR) "Bio-Inspired Materials", og er allerede en stor succes med forskere, der stræber efter at udvikle nye partikler. Det fokuserer deres arbejde ved at sætte dem i stand til hurtigt at udvælge de mest lovende partikler. Ud over at have en økonomisk indvirkning på forskningsomkostningerne, denne nye tilgang begrænser også brugen af ​​dyreforsøg. Desuden, det åbner døren til en stadig mere personlig behandling af visse patologier. For eksempel, ved at teste nanopartiklerne på tumorceller isoleret fra en bestemt patient, det skulle teoretisk være muligt at identificere den mest effektive behandling. Kun tiden vil vise, om denne hypotese understøttes i praksis.