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New nanomaterials for neural stem cells drug delivery

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Des nanoparticules pour l’administration de médicaments au cerveau

La plupart des médicaments destinés aux maladies du système nerveux central ne parviennent pas à atteindre le cerveau. Les nanoparticules capables de traverser la barrière hématoencéphalique constituent un vecteur prometteur.

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L’administration de médicaments au cerveau est entravée par la barrière hématoencéphalique (BHE), qui reste imperméable à la plupart des médicaments à ce jour. Une autre approche pour le traitement des affections cérébrales, notamment la neurodégénérescence et les accidents vasculaires cérébraux, consiste à stimuler les cellules souches neurales (CSN) endogènes dans le cerveau à l’aide d’agents thérapeutiques. Les CSN ont le potentiel de proliférer et de se différencier en neurones et en cellules gliales, ce qui permet de régénérer le cerveau et de rétablir la fonction du système nerveux.

Des nanomatériaux pour l’administration de médicaments

Le projet NANOSTEM, financé par l’UE, a proposé d’utiliser des nanomatériaux pour le transport et l’administration de produits thérapeutiques à base de CSN. NANOSTEM a recruté 14 chercheurs en début de carrière qui ont entrepris des recherches avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie. «Notre objectif était de synthétiser divers nanomatériaux novateurs capables d’acheminer des produits thérapeutiques à travers la BHE et de cibler les CSN», explique Marina Resmini, coordinatrice du projet. Il s’agissait notamment de systèmes polymères tels que des micelles et des nanogels réagissant à la température, ainsi que de nanotiges d’or réagissant à la lumière proche infrarouge. En outre, des nanostructures d’ADN basées sur des aptamères ainsi que des vésicules extracellulaires ont été explorées pour l’administration de médicaments. Après leur caractérisation approfondie, ces nanomatériaux ont été validés pour leur potentiel à traverser la BHE. La perméation de la BHE a été facilitée soit par la petite taille des nanoparticules, soit par l’augmentation de leur affinité envers les récepteurs de la transferrine. Pour visualiser leur capacité de perméation, les nanoparticules ont été fonctionnalisées avec des marqueurs fluorescents. En outre, les chercheurs ont testé les formulations les plus prometteuses in vivo dans des modèles de poisson-zèbre et de souris. Les nanoparticules injectées chez le poisson-zèbre ont traversé la BHE jusqu’au cerveau, tandis que des études menées chez la souris ont démontré la capacité d’une nanoformulation à induire la prolifération des CSN.

L’effet corona sur les protéines et les façons de l’éviter

L’un des principaux défis associés au développement de nanoparticules pour l’administration de médicaments est lié à la fixation des protéines une fois qu’elles ont pénétré dans le système sanguin. Cette couche de molécules est connue sous le nom de couronne protéique et comprend des protéines qui sont attachées de manière lâche ou irréversible aux nanoparticules. La formation d’une couronne de protéines peut modifier la morphologie et les propriétés des nanoparticules et doit donc être étudiée avec soin. Les chercheurs ont accordé une attention particulière à la chimie de surface et à la morphologie des nanoparticules, afin de comprendre comment les interactions avec des entités biologiques telles que les protéines et les lipides peuvent influencer la formation d’une couronne de protéines.

Des modèles de barrière hématoencéphalique in vitro

Un modèle de BHE s’avère utile pour évaluer l’efficacité et les mécanismes de transport de divers médicaments du système nerveux central (SNC). Cependant, les formats des modèles existants nécessitent de grandes quantités de matériel biologique et des réactifs coûteux, ce qui en empêche l’utilisation à grande échelle. Les chercheurs de NANOSTEM ont miniaturisé un modèle déjà établi dans un format de 96 puits en utilisant une technologie automatisée. Cela a permis de réduire le volume des composés nécessaires et d’augmenter les paramètres expérimentaux pouvant être analysés en même temps. Une optimisation supplémentaire utilisant différents types de cellules a également été réalisée afin d’étendre les perspectives du modèle de BHE. Le consortium a également mis en place un protocole pour un modèle alternatif de BHE qui repose sur la culture de trois types de cellules, à savoir des cellules endothéliales, des péricytes et des astrocytes. Le modèle a été validé en mesurant le transport de nanogels. Marina Resmini explique: «Nos modèles de BHE in vitro constituent des outils puissants pour les études de découverte de médicaments à un stade précoce afin d’identifier des composés efficaces contre les maladies du SNC.»

Mots‑clés

NANOSTEM, nanoparticules, BHE, administration de médicaments, CSN, couronne de protéines, barrière hématoencéphalique, système nerveux central, SNC, cellules souches neurales

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