Personne n’aime les aiguilles, mais elles sont nécessaires pour administrer de nombreux vaccins et produits biologiques dans le corps. Mais que se passerait-il si ceux-ci pouvaient être gonflés à travers la peau, avec juste une petite pression, comme être frappé au bras avec un jouet en mousse ? Aujourd’hui, les scientifiques signalent des étapes pour en faire une réalité. Utilisant des vaccins en poudre qui ne nécessitent pas de réfrigération et un système piloté par du gaz comprimé, leur « MOF-Jet » pourrait facilement délivrer des thérapeutiques contre le cancer et d’autres maladies de manière relativement indolore.
Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la réunion de printemps de l’American Chemical Society (ACS). ACS Spring 2023 est une réunion hybride qui se tiendra virtuellement et en personne du 26 au 30 mars.
L’idée du projet est née de l’ennui induit par la pandémie. Le chercheur principal du projet, Jeremiah Gassensmith, Ph.D., avait commandé des pièces peu coûteuses d’un système d’injection à jet alimenté au gaz comprimé pour s’amuser tout en étant coincé à la maison. Plus tard, une fois que tout le monde était de retour sur le campus, il a remis les pièces à Yalini Wijesundara, une étudiante diplômée du laboratoire, avec les instructions : « Voyez ce que vous pouvez faire avec ça. »
Wijesundara, qui présente le travail lors de la réunion, a pris ces instructions à la légère. Elle avait déjà fait des recherches sur d’autres injecteurs à jet datant des années 1960 qui utilisent du gaz comprimé pour injecter un flux étroit de fluide. Si les injecteurs pouvaient être modifiés pour tirer des solides, pensa-t-elle, ils pourraient également livrer une cargaison enfermée dans des cadres métallo-organiques, ou MOF. Ces cadres sont des structures cristallines poreuses qui agissent comme des « cages » moléculaires pour encapsuler une grande variété de matériaux, y compris des acides nucléiques et des protéines. En combinant l’injecteur à jet avec les travaux existants du laboratoire sur les MOF, Wijesundara a créé un « MOF-Jet ». Le jet peut délivrer des poudres aux cellules en les projetant littéralement avec de l’air. Gassensmith et Wijesundara sont tous deux à l’Université du Texas à Dallas.
Les injecteurs à jet étaient auparavant largement utilisés dans l’armée, mais ils étaient douloureux et le liquide éclaboussait souvent, propageant potentiellement d’autres maladies telles que l’hépatite B. Un descendant des temps modernes est le « pistolet génétique », qui est généralement utilisé en médecine vétérinaire et peut coûter des dizaines de milliers de dollars. Ces dispositifs projettent également des cargaisons biologiques dans les cellules. Dans ce cas, la cargaison est fixée à la surface d’une microparticule métallique, typiquement en or ou en tungstène. Mais une fois pénétrées dans la peau, les particules métalliques y restent et peuvent accélérer la dégradation du matériel biologique.
Une stratégie différente consisterait à placer la cargaison dans un MOF. Le groupe de Gassensmith travaillait auparavant avec le MOF appelé zeolitic-imidazolate framework eight, ou ZIF-8. « Comparé à l’or, il est bon marché et protège les matériaux biologiques, tels que les acides nucléiques », explique Wijesundara. « Nous pouvons également y stocker des formulations de vaccins sous forme de poudres à température ambiante, ce qui élimine le besoin des températures extrêmement froides requises par de nombreux vaccins liquides. »
L’équipe a enfermé une variété de matériaux biologiques dans le ZIF-8, ce qui les a protégés d’une décomposition trop rapide. Pour livrer les matériaux dans les cellules, l’équipe a utilisé son propre « MOF-Jet » modifié, inspiré du pistolet à gènes. Wijesundara a créé des « balles » pour l’appareil, chacune chargée d’une dose de ZIF-8 fonctionnalisé, et une bouffée de gaz a tiré la formulation en poudre dans les cellules, ce qui était aussi simple que « pointer et tirer ». Ils ont testé leur système et ont montré que le MOF-Jet délivrait un gène enveloppé de ZIF-8 aux cellules d’oignon et une protéine enveloppée de ZIF-8 aux souris. Selon Gassensmith, le souffle de l’injecteur donne l’impression « d’avoir été touché par une balle Nerf » – beaucoup moins douloureux que d’être coincé avec une aiguille.
En bricolant avec le MOF-Jet, Wijesundara s’est vite rendu compte que la libération de la cargaison pouvait être réglée en changeant simplement le gaz porteur de l’injecteur. Le ZIF-8 est sensible aux environnements acides et, lorsque le dioxyde de carbone réagit avec l’eau dans les cellules, il produit de l’acide carbonique qui, à son tour, aide à briser le MOF. « Si vous lui tirez dessus avec du dioxyde de carbone, il libérera sa cargaison plus rapidement dans les cellules ; si vous utilisez de l’air ordinaire, cela prendra quatre ou cinq jours », explique-t-elle. Cela signifie que le même médicament pourrait être libéré sur différentes échelles de temps sans changer sa formulation. « Une fois que nous avons réalisé cela, cela a ouvert de nombreuses possibilités », déclare Gassensmith.
L’équipe utilise maintenant cette méthode pour fournir des agents chimiothérapeutiques et des adjuvants comme traitement potentiel du mélanome, la forme la plus grave de cancer de la peau. Ils disent que parce que le MOF-Jet peut disperser le matériau sur une large zone, il pourrait distribuer un traitement anticancéreux dans un mélanome plus uniformément qu’avec une aiguille, qui est la méthode d’administration actuelle. Et simplement en contrôlant le gaz vecteur, ils pourraient administrer des agents chimiothérapeutiques avec un délai de libération rapide ou lent, selon les besoins du patient. Bien que les recherches soient toujours en cours, des expériences préliminaires donnent des résultats prometteurs. Wijesundara et Gassensmith affirment que l’adaptabilité de leur MOF-Jet pourrait permettre un grand nombre d’applications, de la médecine vétérinaire à l’agriculture, voire un jour même des vaccinations ou des traitements humains.
Plus d’information:
ACS printemps 2023 : gaz porteur déclenché la livraison biolistique contrôlée d’ADN et de protéines thérapeutiques à partir de cadres métallo-organiques, www.acs.org/meetings/acs-meetings/spring-2023.html