Des chercheurs en bio-ingénierie de l’Université Rice ont développé des nanostructures protéiques ultra-petites et stables remplies de gaz qui pourraient révolutionner l’imagerie par ultrasons et l’administration de médicaments.
Contrairement aux microbulles ou nanobulles actuelles qui sont trop grandes pour traverser efficacement les barrières biologiques, les nouvelles vésicules de gaz en forme de diamant de 50 nanomètres (50 NM GV) – environ la taille d’un virus – sont considérées comme les plus petites structures flottantes stables jamais créées pour l’imagerie médicale.
Les microbulles ont permis des avancées prometteuses dans le domaine de l’imagerie par ultrasons et de l’administration de gènes et de médicaments par ultrasons. Utilisées comme agents de contraste, elles peuvent fournir des informations au niveau moléculaire sur des biomarqueurs ciblés ou des types de cellules. Cependant, en raison de leur grande taille (1 à 10 micromètres de diamètre), elles peuvent rarement quitter la circulation sanguine, ce qui limite leur efficacité aux tissus bien vascularisés.
En revanche, les nouveaux GV de 50 nm peuvent pénétrer les tissus et les recherches ont montré qu’ils étaient capables d’atteindre d’importantes populations de cellules immunitaires dans les ganglions lymphatiques. Cela ouvre de nouvelles possibilités d’imagerie et d’administration de thérapies à des cellules jusqu’alors inaccessibles.
Des images obtenues par microscopie électronique de tissus lymphatiques révèlent que de grandes cohortes de nanostructures se regroupent à l’intérieur de cellules qui jouent un rôle essentiel dans l’activation de la réponse immunitaire innée, suggérant leur utilisation potentielle dans les immunothérapies, la prophylaxie du cancer, le diagnostic précoce et le traitement des maladies infectieuses. Les travaux sont détaillés dans la revue Matériaux avancés.
« Cette avancée ouvre de nouvelles perspectives pour le traitement des maladies par ultrasons, ce qui a un impact sur les pratiques médicales futures et les résultats pour les patients. La recherche a des implications notables pour le traitement des cancers et des maladies infectieuses, car les cellules résidentes des ganglions lymphatiques sont des cibles essentielles pour les immunothérapies », a déclaré l’auteur de l’étude George Lu, professeur adjoint de bio-ingénierie et chercheur au Cancer Prevention and Research Institute of Texas.
Les méthodes de recherche comprenaient le génie génétique, les techniques de caractérisation des nanoparticules, la microscopie électronique et l’imagerie par ultrasons pour analyser la distribution et la réponse acoustique de ces structures.
« L’objectif était d’exploiter leur petite taille et leurs propriétés acoustiques pour des applications biomédicales », a déclaré Lu. « Ce travail représente une conception pionnière de nanostructures protéiques fonctionnelles remplies de gaz suffisamment petites pour pénétrer dans le système lymphatique. »
L’étude décrit plusieurs directions pour les recherches futures, notamment l’évaluation de la biosécurité et de l’immunogénicité des nanobulles, la détermination des paramètres ultrasonores optimaux pour les applications in vivo et bien plus encore.
« Plus généralement, cela représente une avancée significative dans la conception des matériaux, qui pourrait conduire à des applications innovantes dans divers domaines scientifiques », a déclaré M. Lu. « Étant donné que ces nanostructures sont entièrement composées de protéines et produites dans des bactéries vivantes, elles illustrent la manière dont les matériaux biogéniques peuvent surpasser les performances des matériaux synthétiques. »
Qionghua Shen, chercheur postdoctoral de Rice, et Zongru Li, étudiant diplômé, sont les auteurs principaux de l’article. Parmi les autres auteurs de Rice figurent Yixian Wang, Matthew Meyer, Marc De Guzman, Janie Lim et Han Xiao. Richard Bouchard, du MD Anderson Cancer Center de l’Université du Texas, est également auteur.
Plus d’information:
Qionghua Shen et al, Nanostructures protéiques remplies de gaz de 50 nm pour permettre l’accès aux cellules lymphatiques par les technologies à ultrasons, Matériaux avancés (2024). DOI: 10.1002/adma.202307123