Nanosponge élimine la toxine MRSA dans le sang

Des scientifiques américains ont mis au point de minuscules éponges fabriquées à partir de nanoparticules déguisées en globules rouges qui peuvent absorber une large gamme de toxines dangereuses dans le sang, telles que des bactéries comme le SARM et E. coliet même du serpent et du venin d'abeille. Ils suggèrent que leur technologie, qui jusqu'à présent s'est avérée efficace chez la souris, offre une nouvelle façon d'éliminer les toxines causées par un large éventail d'agents pathogènes.
L’équipe, du Département de NanoEngineering et du Moores Cancer Center de l’Université de Californie (UC), à San Diego, présente ses conclusions dans le numéro en ligne du 14 avril. Nature Nanotechnologie.
La nano-ingénierie se préoccupe de manipuler des morceaux de matériau si petits qu'ils sont mesurés en nanomètres, soit un milliardième de mètre (10 moins 9 mètres). Il faudrait un million de morceaux de matériau mesurés en nanomètres pour couvrir la tête d'une épingle.
Dans ce cas, les "nanosponges" mis au point par les chercheurs ont un diamètre d'environ 85 nanomètres et sont constitués d'un noyau polymère biocompatible enveloppé dans des segments de membranes de globules rouges.
L'auteur principal, Liangfang Zhang, professeur de nano-ingénierie à la UC San Diego Jacobs School of Engineering, affirme dans un communiqué de presse que leurs nanosponges offrent un nouveau moyen d'éliminer les toxines de la circulation sanguine:
"Au lieu de créer des traitements spécifiques pour des toxines individuelles, nous développons une plate-forme capable de neutraliser les toxines causées par une large gamme d'agents pathogènes, y compris le SARM et d'autres bactéries résistantes aux antibiotiques."
Zhang et ses collègues suggèrent également que leur travail pourrait mener à des traitements non spécifiques à l'espèce pour les morsures de serpents toxiques et les piqûres d'abeilles. Cela augmenterait les chances que les personnes à risque et les professionnels qui les traitent aient accès à des thérapies vitales lorsqu'elles en ont le plus besoin.

Les nanosponges détruisent une gamme de toxines formant des pores, par exemple à partir de SARM

Les nanosponges sont capables de détruire les "toxines formant des pores", c'est-à-dire des agents qui détruisent les cellules en creusant des trous dans leurs membranes.
Comme ils peuvent absorber différentes toxines formant des pores, indépendamment de leur composition moléculaire, ils offrent un avantage significatif par rapport aux autres technologies anti-toxines qui exigent que chaque type de toxine ait son propre anti-toxine, explique l'équipe.
Pour l’étude, Zhang et ses collègues ont testé dans quelle mesure leurs nanosponges traitaient la toxine alpha-hémolysine du SARM chez la souris.
La pré-injection des nanosponges aux souris a permis à 89% d’entre elles de survivre à des doses létales de la toxine. Leur administrer l'injection après la dose mortelle a entraîné une survie de 44%.
L'équipe vise à développer des thérapies approuvées en utilisant leur approche. L'une des premières applications qu'ils souhaitent développer est un traitement contre le SARM, raison pour laquelle ils ont choisi d'étudier l'une des toxines les plus virulentes produites par la bactérie résistante aux médicaments.

Nanosponges recouvertes de membrane de globules rouges

Les globules rouges sont l'un des premiers types de cellules que les toxines formant des pores attaquent une fois qu'elles pénètrent dans l'organisme. Lorsqu'un groupe de toxines perce la même cellule, il forme un pore dans lequel se propage un flux d'ions incontrôlé, à la suite de quoi la cellule meurt.
Étant couvert de membrane de globules rouges, les nansponges ressemblent à des globules rouges et servent de leurres pour collecter les toxines. Les éponges absorbent les toxines nuisibles, les détournant ainsi de leurs cibles cellulaires.
Pour couvrir les nanosponges dans les membranes ou les peaux des globules rouges, l'équipe a d'abord séparé les globules rouges d'un petit échantillon de sang dans une centrifugeuse, puis les a placés dans une solution qui les fait gonfler et éclater. Cela libère l'hémoglobine et laisse les peaux de globules rouges derrière.

Ils ont ensuite mélangé les peaux de globules rouges avec les nanosponges en forme de boule jusqu'à ce qu'ils soient recouverts d'une membrane de globules rouges.
En raison des échelles impliquées, une seule membrane de cellules sanguines a suffisamment de peau pour couvrir plusieurs milliers de nanosponges (les éponges sont environ 3 000 fois plus petites qu'un globule rouge).

Les nanosponges déguisées en globules rouges éludent le système immunitaire

Un autre avantage de couvrir les nanosponges dans les membranes des globules rouges est qu'elles peuvent survivre un moment dans le sang avant d'être attaquées par le système immunitaire.
Dans une étude précédente, l'équipe avait déjà montré comment les nanoparticules déguisées en globules rouges pouvaient être utilisées pour administrer des médicaments contre le cancer directement aux tumeurs.
Dans cette étude, les nansponges avaient une demi-vie de 40 heures dans le sang des souris. Finalement, les nanosponges et leurs charges toxiques capturées ont été décomposées en toute sécurité dans le foie, sans aucun dommage détectable.

Chaque Nanosponge élimine beaucoup de molécules toxiques

Une seule dose de nanosponges suffit à inonder la circulation sanguine, à dépasser le nombre de globules rouges et à intercepter les toxines.
En expérimentant avec les éponges dans des tubes à essai, l'équipe a constaté que chaque nanosponge pouvait absorber plusieurs molécules de chaque toxine, en fonction de la toxine.
Par exemple, une seule nanosponge peut éponger environ 85 molécules de la toxine alpha-hémolysine produite par le SARM., ou 30 toxines de stretpolysine-O ou 850 monomères de mélittine, les deux toxines dans le venin d'abeille.

Chez la souris, les chercheurs ont découvert que l’injection de nanosponges et d’alpha-hémolysine dans un rapport de 1 nanosponge sur 70 molécules de toxine neutralisait la toxine et ne provoquait aucun dommage détectable.
L'équipe veut maintenant tester les nanosponges dans les essais cliniques.
Les fonds de la National Science Foundation, de l'Institut national du diabète et des maladies digestives et rénales ont permis de financer l'étude.
La nano-ingénierie est un domaine en pleine expansion qui crée des matériaux aux propriétés remarquablement variées et nouvelles, avec un potentiel énorme dans de nombreux secteurs, allant des soins de santé à la construction et à l’électronique.En médecine, la nanotechnologie promet de révolutionner l'administration de médicaments, la thérapie génique, les diagnostics et de nombreux domaines de recherche, de développement et, comme le montre cette étude, l'application clinique.
Les scientifiques croient également que la nanoscience et la nanotechnologie pourraient aider la cartographie de l'activité cérébrale à faire pour le cerveau ce que le projet du génome humain a fait pour la génétique.

Écrit par Catharine Paddock PhD