Un service de livraison d'insuline
C'est un vieux rêve de la pharmacie : délivrer un principe actif à l'endroit exact du corps où il est le plus nécessaire
Jusqu'à trois pour cent des diabétiques ont une réaction allergique à l'insuline. Une équipe du Forschungszentrum Jülich a étudié une méthode qui pourrait être utilisée pour administrer la substance active dans l'organisme sous une forme masquée, c'est-à-dire sous la forme de minuscules nanoparticules. L'insuline n'est libérée dans l'organe cible que lorsque la valeur du pH s'écarte de l'environnement légèrement alcalin du sang. Le système de transport moléculaire pourrait également servir de plateforme pour libérer d'autres médicaments dans l'organisme, précisément au niveau du site cible.
C'est un vieux rêve de la pharmacie : délivrer un ingrédient actif à l'endroit exact de l'organisme où il est le plus nécessaire - un médicament anticancéreux, par exemple, directement dans le tissu tumoral. Cela permet de minimiser les effets secondaires sur les autres organes et de s'assurer que le médicament a un effet maximal sur sa cible. "L'administration ciblée de médicaments est le nom de ce concept. L'ingrédient actif proprement dit est emballé dans une substance de transport et introduit dans le corps. Une fois arrivé à destination, un certain stimulus (par exemple la teneur en oxygène ou la valeur du pH) garantit que la substance encapsulée est à nouveau libérée.
Une équipe du Forschungszentrum Jülich vient de présenter le concept d'un tel taxi-médicament, qui pourrait bénéficier notamment aux personnes atteintes de diabète. "Certaines de ces personnes sont allergiques à l'insuline, le médicament qu'elles doivent utiliser chaque jour pour ajuster leur taux de sucre dans le sang", explique Anastasiia Murmiliuk, chercheuse au Centre Jülich pour la science des neutrons (JCNS), qui a joué un rôle clé dans le développement et la caractérisation du système de transport moléculaire.
L'allergie à l'insuline est rare. Mais pour les personnes atteintes de diabète de type 1 en particulier, il n'y a pas d'alternative à l'administration de la substance messagère. Chaque fois que la préparation d'insuline est injectée, la peau autour du point d'injection rougit. La zone gonfle, démange et fait mal. Il peut même en résulter une réaction anaphylactique accompagnée d'un essoufflement et de problèmes circulatoires. "Notre idée était de masquer l'insuline pour le système immunitaire. Pour ce faire, nous avons choisi un polymère synthétique qui lie l'insuline à elle-même", explique le chimiste.
Les complexes d'insuline et de molécules de polymère se combinent pour former des nanoparticules et peuvent ensuite être transportés dans les vaisseaux sanguins jusqu'aux organes. Dans l'environnement légèrement alcalin du sang, les deux composants restent d'abord fermement liés. Dans les tissus, cependant, la valeur du pH change et l'insuline et le polymère se séparent l'un de l'autre.
"Les polymères, c'est-à-dire les molécules à longue chaîne, sont des composés fascinants. Leurs propriétés peuvent être adaptées à des applications spécifiques", explique Anastasiia Murmiliuk. Le polymère choisi par la chercheuse pour le transport de l'insuline est biodégradable et se compose de deux unités : une partie aimant l'eau qui assure la solubilité et la stabilité dans le sang, et une partie chargée qui lie l'insuline.
En utilisant diverses méthodes de diffusion, l'équipe de Jülich a pu déterminer non seulement la taille des particules, mais aussi leur structure interne : Les parties du polymère qui aiment l'eau forment l'enveloppe extérieure des particules, tandis que les parties chargées de la chaîne se blottissent contre l'insuline à l'intérieur. "Nous avons pu montrer que trois molécules d'insuline sont étroitement serrées les unes contre les autres", explique Anastasiia Murmiliuk. Dans de nombreuses préparations conventionnelles, l'insuline est présente sous forme dissoute dans un paquet de six, qui doit ensuite se décomposer progressivement en molécules individuelles actives. Le pack de trois dans les nanocarriers pourrait donc agir plus rapidement.
La méthode de diffusion des neutrons aux petits angles s'est avérée particulièrement utile pour étudier les particules d'insuline polymères, explique Aurel Radulescu, expert en diffusion des neutrons au JCNS : "Contrairement aux rayons X, les neutrons peuvent "voir" l'hydrogène dans un échantillon et faire la distinction entre l'hydrogène et le deutérium (hydrogène lourd). Si nous remplaçons l'hydrogène dans tous les composants des nanoparticules, sauf un, par du deutérium, nous pouvons visualiser spécifiquement ce seul composant, c'est-à-dire uniquement le polymère ou uniquement l'insuline. De cette manière, nous pouvons créer sélectivement le contraste entre les deux composants et le solvant et voir en détail comment notre taxi-médicament est construit.
"Il était particulièrement important d'analyser une large gamme de tailles allant de quelques angströms à des micromètres avec le même instrument à neutrons afin de garantir une analyse structurelle approfondie des complexes polymères-protéines et de leurs assemblages plus importants. Il existe très peu de diffractomètres neutroniques à petits angles dans le monde qui offrent cette capacité, et nous en avons inclus quelques-uns dans notre étude", explique M. Radulescu.
Jusqu'à présent, l'équipe n'a pu démontrer qu'en laboratoire le fonctionnement du transporteur moléculaire. Des études sur des échantillons de sang et de tissus sont encore en cours. Néanmoins, les chercheurs pensent que les complexes composés d'un polymère synthétique et d'une protéine naturelle telle que l'insuline peuvent être développés en une plate-forme pharmaceutique. Cela permettrait d'introduire efficacement dans l'organisme non seulement l'insuline, mais aussi toute une série de substances actives : "Nous avons fait un essai avec un colorant présent sous une forme similaire dans le sang ou dans les feuilles vertes et utilisé pour diagnostiquer et traiter le cancer. Il a été piégé dans les nanoparticules et a été libéré lorsque la valeur du pH a changé de manière significative et que les particules se sont désagrégées."
À l'avenir, ce procédé pourrait également être utilisé pour encapsuler des ingrédients actifs peu solubles dans l'eau. Radulescu et Murmiliuk pensent surtout aux médicaments anticancéreux. Comme les tumeurs ont un pH différent de celui des autres cellules, cette approche peut être utilisée pour délivrer des médicaments anticancéreux directement aux cellules cancéreuses sans nuire aux cellules "saines".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Anastasiia Murmiliuk, Hiroki Iwase, Jia-Jhen Kang, Shilpa Mohanakumar, Marie-Sousai Appavou, Kathleen Wood, László Almásy, Adél Len, Kuno Schwärzer, Jürgen Allgaier, Martin Dulle, Thomas Gensch, Beate Förster, Kanae Ito, Hiroshi Nakagawa, Simone Wiegand, Stephan Förster, Aurel Radulescu; "Polyelectrolyte-protein synergism: pH-responsive polyelectrolyte/insulin complexes as versatile carriers for targeted protein and drug delivery"; Journal of Colloid and Interface Science, Volume 665
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