L’équipe invente une nouvelle plate-forme d’anticoagulants, offrant l’espoir de progrès pour la chirurgie cardiaque, la dialyse et d’autres procédures

Bien que la coagulation sanguine soit importante pour prévenir la perte de sang et pour notre immunité, la coagulation peut également entraîner des problèmes de santé et même la mort. Actuellement, une personne sur quatre dans le monde meurt de maladies et d’affections causées par des caillots sanguins. Pendant ce temps, les anticoagulants utilisés pour réduire les risques peuvent également causer des problèmes importants, tels que des saignements incontrôlés.

Maintenant, une nouvelle plate-forme anticoagulante biomoléculaire inventée par une équipe dirigée par le chercheur de l’UNC Charlotte Kirill Afonin est prometteuse en tant qu’avancée révolutionnaire par rapport aux anticoagulants actuellement utilisés lors des chirurgies et autres procédures. Les découvertes de l’équipe sont rapportées dans le journal Nano-lettresdisponible pour la première fois en ligne le 5 juillet.

« Nous prévoyons que les utilisations de notre nouvelle plate-forme d’anticoagulants seraient pendant les chirurgies de pontage coronarien, la dialyse rénale et une variété d’interventions vasculaires, chirurgicales et coronariennes », a déclaré Afonin. « Nous étudions actuellement s’il existe de futures applications potentielles avec des traitements contre le cancer pour prévenir les métastases et également pour répondre aux besoins du paludisme, qui peut causer des problèmes de coagulation. »

L’article partage les résultats les plus récents de trois années de collaboration entre des chercheurs du Frederick National Laboratory for Cancer Research (Nanotechnology Characterization Laboratory), de l’Université de São Paulo au Brésil, de l’Université d’État de Pennsylvanie et de l’Uniformed Services University of the Health Sciences.

« Tout cela a abouti à un effort international et interdisciplinaire massif pour développer une technologie entièrement nouvelle qui, selon nous, pourrait révolutionner le domaine et être reprise par d’autres domaines de la recherche en santé », a déclaré Afonin.

La technologie de l’équipe se tourne vers des fibres anticoagulantes programmables d’ARN-ADN qui, lorsqu’elles sont injectées dans la circulation sanguine, forment des structures modulaires qui communiquent avec la thrombine, qui sont les enzymes du plasma sanguin qui provoquent la coagulation du sang. La technologie permet aux structures d’empêcher la coagulation du sang au besoin, puis d’être rapidement éliminées du corps par le système rénal une fois le travail effectué.

Les structures fibreuses utilisent des aptamères, de courtes séquences d’ADN ou d’ARN conçues pour lier et inactiver spécifiquement la thrombine.

« Au lieu d’avoir une seule petite molécule qui désactive la thrombine », a déclaré Afonin, « nous avons maintenant une structure relativement grande qui a des centaines d’aptamères à sa surface qui peuvent se lier à la thrombine et les désactiver. Et parce que la structure devient plus grande, elle circulera dans la circulation sanguine pendant un temps significativement plus long que les options traditionnelles. »

La circulation étendue dans la circulation sanguine permet une seule injection, au lieu de plusieurs doses. La conception diminue également la concentration d’anticoagulants dans le sang, ce qui entraîne moins de stress sur les systèmes rénaux et autres du corps, a déclaré Afonin.

Cette technologie introduit également un nouveau mécanisme de « kill-switch ». Une deuxième injection inverse la fonction anticoagulante de la structure fibreuse, permettant aux fibres de se métaboliser en matériaux minuscules, inoffensifs, inactifs et facilement excrétés par le système rénal.

L’ensemble du processus se déroule à l’extérieur de la cellule, par une communication extracellulaire avec la thrombine. Les chercheurs notent que cela est important car les réactions immunologiques ne semblent pas se produire, sur la base de leurs études approfondies.

L’équipe a testé et validé la plateforme à l’aide de modèles informatiques, de sang humain et de divers modèles animaux. « Nous avons mené des études de preuve de concept en utilisant du sang humain fraîchement prélevé auprès de donneurs aux États-Unis et au Brésil pour faire face à une variabilité potentielle entre les donneurs », a déclaré Afonin.

La technologie peut fournir une base pour d’autres applications biomédicales qui nécessitent une communication via l’environnement extracellulaire chez les patients, a-t-il déclaré. « La thrombine n’est qu’une application potentielle », a-t-il déclaré. « Tout ce que vous voulez désactiver de manière extracellulaire, sans entrer dans les cellules, nous pensons que vous le pouvez. Cela signifie potentiellement que n’importe quelle protéine sanguine, n’importe quel récepteur de surface cellulaire, peut-être des anticorps et des toxines, est possible. »

La technique permet la conception de structures de n’importe quelle forme souhaitée, avec le mécanisme du coupe-circuit intact. « En modifiant la forme, nous pouvons les faire pénétrer dans différentes parties du corps, nous pouvons donc modifier la distribution », a déclaré Afonin. « Il obtient une couche supplémentaire de sophistication de ce qu’il peut faire. »

Alors que l’application est sophistiquée, la production des structures est relativement facile. « La durée de conservation est incroyablement bonne pour ces formulations », a déclaré Afonin. « Ils sont très stables, vous pouvez donc les sécher, et nous prévoyons qu’ils resteront pendant des années à température ambiante, ce qui les rend très accessibles aux régions du monde économiquement défavorisées. »

Bien que les travaux des chercheurs soient jusqu’à présent pertinents pour les applications à court terme, telles que les chirurgies, ils espèrent éventuellement étendre leurs recherches aux situations de maintenance, telles que les médicaments que prennent les patients souffrant de maladies cardiaques.

Le potentiel de sauver des vies et d’améliorer les soins de santé est une motivation pour l’équipe, tout comme inventer quelque chose de nouveau, a déclaré Afonin. « Nous pouvons apprendre de la nature, mais nous avons construit quelque chose qui n’a jamais été introduit auparavant », a-t-il déclaré. « Donc, nous développons et construisons toutes ces plates-formes de novo, à partir de zéro. Et ensuite nous pouvons expliquer à travers nos plates-formes ce que nous voulons que la nature – ou notre corps – fasse et que notre corps nous comprenne. »

Le Bureau de commercialisation et de développement de la recherche de l’UNC Charlotte travaille en étroite collaboration avec Penn State pour breveter et mettre cette nouvelle technologie sur le marché.