Ces particules florales d’oxyde de zinc mesurent trois micromètres (image colorée au microscope électronique). (Image : Dong Wook Kim / Institut Max-Planck des systèmes intelligents, colorisation : ETH Zurich)
Ces petites particules rappellent des fleurs en papier ou des roses des sables. Elles permettent aux médecins d’acheminer avec précision des médicaments dans le corps jusqu’à leur cible. Le grand avantage : comme les particules diffusent les ondes sonores, elles peuvent être facilement suivies par ultrasons.
En bref
- Les microparticules de pétales ultrafins permettent de transporter avec précision des médicaments via la circulation sanguine vers une tumeur ou un caillot de sang.
- Les ultrasons et autres procédés acoustiques guident les particules à travers le corps et rendent leur position visible.
- Son application est donc simple, car les ultrasons sont un procédé bien établi en médecine.
Comment amener un médicament dans le corps exactement là où il doit agir ? Les scientifiques mènent depuis longtemps des recherches sur cette question. Il s’agit par exemple de transporter des médicaments anticancéreux vers une tumeur afin qu’ils n’agissent qu’à cet endroit et ne provoquent pas d’effets secondaires dans le reste du corps. La recherche porte sur des particules porteuses auxquelles un principe actif peut être lié.
De telles particules doivent remplir toute une série de conditions, dont les trois suivantes : premièrement, elles doivent absorber le plus grand nombre possible de molécules de principe actif, deuxièmement, elles doivent être guidées à travers les vaisseaux sanguins par un procédé simple comme les ultrasons et, troisièmement, leur parcours dans le corps doit pouvoir être suivi par un procédé d’imagerie. Ce n’est que lorsque ce dernier point est rempli qu’il est possible de vérifier si le transport du médicament a fonctionné.
Concilier toutes ces exigences était un casse-tête pour les scientifiques. Des chercheurs dirigés par l’ETH Zurich ont désormais démontré, pour une classe spéciale de particules, qu’elles remplissaient parfaitement ces conditions. Ces particules ne sont pas seulement performantes, elles sont également jolies au microscope : Elles ressemblent à de minuscules fleurs en papier ou à des roses des sables. Elles sont constituées de pétales ultraminces qui s’organisent en fleurs. Ces particules florales ont un diamètre de un à cinq micromètres, ce qui est plus petit qu’un globule rouge.
Les particules ressemblent à de minuscules fleurs en papier ou à des roses des sables et s’assemblent d’elles-mêmes. (Graphique : Kim et al. Advanced Materials 2024, modifié)
Selbstorganisierte Herstellung : Production auto-organisée
Vorläufer-molküke : Précurseurs-molécules
Kristallisation-keime : Germes de cristallisation
Nanoblätter : Nanofeuilles
Blüten-ähnliche 3D-Strukturen Structures 3D ressemblant à des fleurs
Leur forme favorise deux propriétés : D’une part, les particules de la fleur ont une surface énorme par rapport à leur taille. Les espaces entre les nombreux pétales serrés ne font que quelques nanomètres de large et agissent comme des pores. Ils peuvent ainsi absorber de très grandes quantités de substances actives. D’autre part, les pétales diffusent des ondes sonores ou peuvent être recouverts de molécules qui absorbent la lumière. Ils sont donc très visibles par ultrasons ou par imagerie dite optoacoustique.
Les groupes de Daniel Razansky et Metin Sitti ont récemment publié ces résultats dans la revue spécialisée. Matériaux avancés. Daniel Razansky est professeur d’imagerie biomédicale à l’ETH Zurich et à l’Université de Zurich. Metin Sitti est un expert en microrobotique et était jusqu’à récemment professeur à l’ETH Zurich et à l’Institut Max Planck des systèmes intelligents à Stuttgart. Il travaille maintenant à l’université Koç Üniversitesi d’Istanbul.
Mieux que des bulles de gaz
« Jusqu’à présent, les chercheurs ont surtout étudié de minuscules bulles de gaz pour le transport dans la circulation sanguine à l’aide d’ultrasons ou d’autres méthodes acoustiques », explique Paul Wrede, coauteur de l’étude et doctorant dans le groupe de Daniel Razansky. « Nous montrons maintenant que l’on peut aussi contrôler acoustiquement des microparticules solides ». L’avantage des particules florales par rapport aux bulles : On peut les charger d’une plus grande quantité de molécules de substances actives.
« Nous ne nous contentons pas d’injecter les particules en espérant que tout se passe bien, mais nous pouvons les contrôler ». Paul Wrede
Lors d’expériences en boîte de Pétri, les chercheurs ont montré que les particules de fleurs pouvaient être chargées d’un médicament anticancéreux. Ils ont en outre injecté les particules dans la circulation sanguine de souris. Grâce à des ultrasons focalisés, ils ont fixé les particules à un endroit prédéfini de la circulation sanguine. Cela a fonctionné, même si le sang continuait à circuler et à passer devant les particules. Les ultrasons focalisés sont une technique qui consiste à concentrer les ondes sonores sur un point.
« Nous ne nous contentons donc pas d’injecter les particules en espérant que tout se passe bien, mais nous pouvons les contrôler », explique Paul Wrede. Grâce à cette technique, les chercheurs espèrent un jour pouvoir transporter des médicaments vers des tumeurs ou vers des thrombus qui bouchent les vaisseaux sanguins.
Cette particule composée de nanofeuilles mesure trois micromètres (image au microscope électronique). (Image : Dong Wook Kim / Institut Max Planck des systèmes intelligents)
En fonction de l’application et de la méthode d’imagerie avec laquelle les chercheurs souhaitent contrôler la position des particules, ils les fabriquent à partir de différents matériaux et les enrobent différemment. « Le principe de fonctionnement de base repose sur leur forme, et non sur le matériau dont elles sont faites », précise Paul Wrede. Dans leur étude, les chercheurs ont examiné en détail des particules de fleurs en oxyde de zinc. Ils ont également testé des particules en polyimide, un plastique, et en matériau composite composé de nickel et de composés organiques.
Les chercheurs souhaitent maintenant développer cette approche. Ils prévoient d’abord d’autres études sur les animaux, avant que la technique ne puisse éventuellement profiter aux personnes atteintes de maladies circulatoires ou de cancer.
