Nanobiotechnologie

La nanobiotechnologie (également appelée nanomédecine, bionanotechnologie et nanobiologie) est un domaine émergent qui existe à l'interface de la biologie et de la science des nanomatériaux. Chez nanoComposix, nous fabriquons des nanomatériaux conçus pour remplir une fonction spécifique lorsqu'ils sont ajoutés à un système biologique. Dans de nombreux cas, les particules que nous créons ont des capacités multifonctionnelles qui peuvent inclure la capacité d'être suivies dans le corps, de délivrer un composé spécifique à un rythme contrôlé, d'être ciblées vers un endroit particulier ou de tuer à distance des cellules une fois que les particules ont été créées. atteint leur destination. Les fonctionnalités spécifiques qui peuvent être intégrées aux particules comprennent la fluorescence, les propriétés magnétiques, la diffusion de la lumière et l'administration de médicaments. Dans de nombreux cas, des biomolécules (par exemple des anticorps, des oligonucléotides ou des peptides) sont liées à la surface des particules pour diriger celles-ci vers une cible. De longs temps de circulation sont obtenus en protégeant les particules avec un revêtement furtif qui permet aux nanoparticules d’éviter les mécanismes de récupération du corps.

 

Ciblage

L’un des avantages des nanoparticules pour l’administration thérapeutique est qu’elles peuvent être ciblées vers des endroits spécifiques du corps. Une fois que les particules ont atteint leur destination, elles peuvent agir comme rapporteurs, libérer un composé ou être chauffées à distance pour endommager les structures biologiques à proximité. Le ciblage est généralement réalisé en modifiant la surface de la nanoparticule avec un composé chimique ou biologique. Dans certains cas, le ciblage des nanoparticules est passif lorsque l’accumulation dans une zone cible particulière (telle qu’une tumeur) est principalement due à la taille des nanoparticules. Par exemple, Nanospectra Biosciences utilise des nanocoquilles d'or pour s'accumuler passivement sur les sites tumoraux grâce à un phénomène connu sous le nom de perméabilité et de rétention améliorées (EPR), dans lequel l'augmentation du système vasculaire tumoral accélère le dépôt de nanoparticules circulantes directement dans la tumeur. Dans d’autres cas, des molécules biologiques capables de reconnaître un analyat sont attachées à la surface des nanoparticules. Les éléments de reconnaissance les plus courants sont les anticorps et l’ADN. Pour lier un agent de ciblage à la surface d'une nanoparticule, la surface de la nanoparticule est modifiée avec des points d'attache (par exemple des acides carboxyliques) et un lieur hétérobifonctionnel est utilisé pour relier le point d'attache à un site de liaison sur l'anticorps ou l'ADN. Une chimie de liaison courante que nous utilisons chez nanoComposix est le couplage NHS-EDC où les acides carboxyliques sont liés aux amines libres sur la molécule biologique cible. En plus de lier un agent de ciblage, dans de nombreux cas, la particule doit également être bloquée avec des polymères ou des biomolécules supplémentaires pour empêcher une liaison non spécifique à d'autres entités biologiques du corps.   

Livraison

Les nanoparticules peuvent transporter des milliers de molécules médicamenteuses intégrées ou attachées à la surface de la particule. Les particules peuvent être conçues pour libérer la cargaison moléculaire au fil du temps, permettant ainsi une administration prolongée d'un produit thérapeutique, ou une libération déclenchée soudainement peut se produire en raison de changements dans l'environnement local ou de stimuli externes. Lorsqu'il est combiné à un composant de ciblage, le médicament peut permettre une administration localisée d'un composé toxique, réduisant la dose totale nécessaire pour obtenir une efficacité et potentiellement réduisant, voire éliminant les effets secondaires nocifs associés à l'administration intraveineuse directe du médicament. Un mécanisme d'administration consiste à utiliser une nanoparticule noyau/coquille où le noyau est rempli d'une formulation solide ou liquide à haute concentration du médicament à administrer. La couche d'enveloppe contrôle la vitesse à laquelle le médicament se diffuse hors du noyau. Les coques de silice poreuses avec une épaisseur bien définie peuvent fournir un contrôle précis du débit de diffusion. De plus, la couche d’enveloppe de silice peut être modifiée chimiquement pour avoir une affinité avec le médicament lui-même. Dans ce cas, la grande surface de la coque poreuse peut être utilisée pour retenir puis libérer le composé délivré. Des dispositifs de distribution de nanoparticules plus complexes comprenant un « déclencheur » peuvent également être fabriqués. Le déclencheur peut être dû au pH, à la chaleur, à la lumière ou à la présence de molécules telles que des sels ou d’autres molécules de signalisation. Ce n'est que lorsque le déclencheur est initié que le médicament se libère de la particule, permettant ainsi une localisation plus poussée du traitement thérapeutique.  

Traitements photothermiques

L’une des applications thérapeutiques les plus prometteuses des nanoparticules est leur capacité à générer localement de la chaleur. Les nanoparticules plasmoniques peuvent être conçues pour absorber efficacement la lumière et convertir l’énergie absorbée en chaleur, qui est ensuite libérée dans l’environnement. En modifiant la taille et la forme de la nanoparticule plasmonique, la longueur d'onde d'absorbance maximale peut être déplacée dans la région proche infrarouge du spectre, où la peau et d'autres tissus biologiques sont relativement transparents. Des thérapies photothermiques plasmoniques basées sur des nanocoquilles d'or font actuellement l'objet d'essais cliniques pour le cancer de la tête et du cou. Une vidéo décrivant la procédure est ici

Image de nanospectra.com

Sienna Biopharmaceuticals développe une thérapie plasmonique à l'argent pour traiter l'acné et éliminer définitivement les poils. La technologie est basée sur des nanoplaques d'argent nanoComposix qui ont une longueur d'onde d'absorption maximale adaptée aux lasers pénétrant dans la peau utilisés dans les cliniques de dermatologie. 

En introduisant les particules dans un follicule pileux, un chauffage localisé peut être utilisé pour moduler la production d'huile de la glande sébacée ou pour perturber les cellules souches qui produisent les cheveux. 

Les nanoparticules magnétiques peuvent également être utilisées pour le chauffage : au lieu de la lumière, un champ électromagnétique oscillant est utilisé pour générer des courants de Foucault induisant de la chaleur dans les nanoparticules, les faisant chauffer. Bien que l’équipement utilisé pour générer le champ magnétique soit complexe, ce traitement peut être appliqué aux zones du corps difficiles à pénétrer par la lumière. 

Temps de circulation

Pour que les nanothérapies soient efficaces, les particules doivent circuler suffisamment longtemps dans la circulation sanguine pour atteindre leur cible. En plus de toute fonctionnalité de ciblage, les particules doivent avoir une surface qui leur permet de rester non agrégées et d’éviter d’être reconnues par le système immunitaire de l’organisme. En règle générale, les particules destinées à la nanobiotechnologie seront recouvertes d'un revêtement en polyéthylène glycol (PEG) qui offre à la fois des propriétés de stabilité et de furtivité pour augmenter la circulation. S'il est ciblé, l'anticorps ou autre agent de ciblage est souvent lié à la surface externe du revêtement PEG. Avec un revêtement approprié, la particule peut éviter les macrophages et atteindre de longs temps de circulation. 

Destin et Transport

Après l’injection in vivo de nanoparticules dans la circulation sanguine, les particules seront généralement éliminées par le foie et la rate. L'absorption par les macrophages du foie et de la rate est généralement précédée d'une opsonisation, d'une reconnaissance par les macrophages et d'une phagocytose. L'opsonisation est l'endroit où les protéines plasmatiques se déposent à la surface des particules pour signaler aux microphages de Kupffer ou réticulaires de les reconnaître et de les éliminer de la circulation. Les cellules de Kupffer sont situées à l'intérieur des vaisseaux sanguins du foie et sont les phagocytes les plus actifs pour l'absorption par les macrophages des particules de moins de 100 nm de diamètre. Les particules conçues pour échapper aux cellules de Kupffer sont souvent séquestrées dans la rate. Si des particules pénètrent dans un tissu, elles peuvent être dirigées vers un ganglion lymphatique régional pour être éliminées. De très petites particules peuvent également être éliminées par le rein, mais seulement si elles ont un diamètre inférieur à environ 10 nm. Les principaux paramètres déterminant la pharmacocinétique de la clairance sanguine sont la taille et la stabilité hydrodynamiques, la taille du noyau, la morphologie du noyau, le revêtement de surface, la charge de surface et le potentiel zêta, ainsi que l'absorption des protéines. Tous les facteurs sont importants dans la conception d’un système qui maximise le temps de circulation et minimise la toxicité.    

Réglementation et la FDA

En raison de la complexité scientifique et réglementaire, la mise sur le marché de nouvelles nanothérapeutiques est un projet ambitieux et de longue haleine. Cependant, cette technologie a le potentiel de révolutionner le traitement et de nombreuses entreprises mènent actuellement des essais actifs de phase I et de phase II avec des médicaments à base de nanoparticules. Une fois qu’une technologie nanomédicale particulière s’avère prometteuse en laboratoire, l’étape suivante consiste à commencer à créer un dossier historique de conception qui documente les expériences menées et sert de base à un premier dépôt réglementaire. À ce stade, il est généralement requis que les méthodes de fabrication des particules soient transférées vers un système qualité pour une fabrication GMP. Chez nanoComposix, nous produisons une grande variété de nanomatériaux dans le cadre de notre système de gestion de la qualité certifié ISO 13485 : 2016* et pouvons aider au transfert vers la fabrication pour les études précliniques et cliniques.

Applications en nanomédecine chez nanoComposix

Voici des exemples de projets de nanobiotechnologie développés en interne et en partenariat chez nanoComposix :

  • Thérapeutique topique pour l'acné et l'épilation définitive
  • Particules pour le traitement photothermique du cancer de la peau
  • Nanoparticules de silice mésoporeuse pour une administration ciblée de médicaments
  • Étiquettes fluorescentes ultra lumineuses pour l'imagerie in vivo
  • Particules chauffantes magnétiques pour la cryo-décongélation

Pour plus d'informations sur la collaboration sur les applications émergentes en nanomédecine, veuillez nous contacter .

Documentation pertinente présentant les produits nanoComposix :

Plus complet, M. ; Tandis que, H. ; Köper, I. Administration d'antibiotiques à l'aide de nanoparticules d'or SN Applied Sciences 2020 , 2 , 1022.

*Pour les produits entrant dans le cadre de notre certification ISO.

Produits connexes

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Injection CSS pour les bits extensibles

Utilisez cette zone pour fournir des informations textuelles supplémentaires sur ce bloc extensible.