Användningen av nanopartiklar – små, element i virusstorlek som utvecklats under laboratorieförhållanden – är alltmer utbredd i biomedicinens värld. Denna snabbt utvecklande teknik ger hopp för många medicinska tillämpningar, oavsett om det gäller diagnos eller terapi. Inom onkologi, till exempel, den växande mängden forskning tyder på att, tack vare nanopartiklar, behandlingen kommer snart att bli mer exakt, effektivare och mindre smärtsam för patienterna. Dock, hur nanopartiklar interagerar med immunsystemet förblev oklart och oförutsägbart tills nyligen, begränsa deras potentiella medicinska användning. I dag, forskare från universiteten i Genève (UNIGE) och Fribourg (UNIFR), Schweiz, är nära att lösa problemet:de har utarbetat en snabb screeningsmetod för att välja ut de mest lovande nanopartiklarna, därigenom påskynda utvecklingen av framtida behandlingar. På mindre än en vecka, de kan avgöra om nanopartiklar är kompatibla med människokroppen eller inte – en analys som tidigare krävde flera månaders arbete. Denna upptäckt, som beskrivs i journalen Nanoskala , kan mycket väl leda till det snabba, säker och billigare utveckling av nanoteknik tillämpad på medicin.

Nanopartiklar mäter mellan en och 100 nanometer, ungefär lika stor som ett virus. Deras mycket litenhet betyder att de har potential att användas i ett brett spektrum av medicinska tillämpningar:fungerar som markörer för diagnos, till exempel, eller leverera terapeutiska molekyler till den exakta plats i kroppen där läkemedlet är avsett att verka. Dock, innan den ansöks till det medicinska området, nanopartiklar måste bevisa (i) att de är säkra för människokroppen och (ii) att de kan kringgå immunsystemet så att de kan ha en effekt. "Forskare kan ägna år åt att utveckla en nanopartikel, utan att veta vilken inverkan det kommer att ha på en levande organism, " förklarar Carole Bourquin, professor vid de medicinska och naturvetenskapliga fakulteterna vid UNIGE och projektledare. "Så det fanns ett verkligt behov av att utforma en effektiv screeningmetod som kunde implementeras i början av utvecklingsprocessen. om nanopartiklarna inte är kompatibla, flera års forskning kastades helt enkelt bort."

Makrofager orkestrerar immunsvaret

När ett främmande element - vilket som helst främmande element - kommer in i kroppen, immunförsvaret aktiveras. Makrofager finns alltid i frontlinjen, stora celler som "äter" inkräktare och utlöser immunsvaret. Nanopartiklar är inget undantag från denna regel. Hur makrofager reagerar på nanopartikeln som undersöks förutsäger sedan produktens biokompatibilitet. "När du börjar utveckla en ny partikel, det är väldigt svårt att säkerställa att receptet är exakt detsamma varje gång, " påpekar Inès Mottas, första författaren. "Om vi ​​testar olika partier, resultaten kan skilja sig åt. Därav vår idé att hitta ett sätt att testa de tre parametrarna samtidigt – och på samma prov – för att fastställa produktens biokompatibilitet:dess toxicitet, dess förmåga att aktivera immunförsvaret, och makrofagernas förmåga att få i sig dem."

Den ideala medicinska nanopartikeln bör därför inte vara giftig (den bör inte döda cellerna); bör inte helt intas av makrofagerna (så att den behåller sin handlingskraft); och bör begränsa aktiveringen av immunsystemet (för att undvika negativa biverkningar).

Utvärdera de tre nyckelelementen samtidigt

Tills nu, att utvärdera biokompatibiliteten hos nanomaterial var en mödosam uppgift som tog flera månader och innebar reproducerbarhetsproblem, eftersom inte alla tester utfördes på samma parti partiklar. Professor Bourquin och hennes team använde flödescytometri för att på ett säkert och standardiserat sätt nå en diagnos på de tre väsentliga elementen, och på rekordtid. "Makrofagerna kommer i kontakt med nanopartiklarna i 24 timmar, och skickas sedan framför laserstrålarna. Den fluorescens som emitteras av makrofagerna gör det möjligt att räkna dem och karakterisera deras aktiveringsnivåer. Eftersom själva partiklarna är fluorescerande, vi kan också mäta mängden som intas av makrofagerna. Vår process innebär att vi kan testa de tre elementen samtidigt, och vi behöver bara en mycket liten mängd partiklar, " fortsätter Mottas. "Vi kan få en omfattande diagnos av nanopartikeln som lämnats in till oss inom två eller tre dagar."

Metoden utarbetad i Genève och Freiburg är en del av arbetet som utförs inom National Centres of Competence in Research (NCCR) "Bio-Inspired Materials", och är redan en stor framgång med forskare som strävar efter att utveckla nya partiklar. Det fokuserar deras arbete genom att göra det möjligt för dem att snabbt välja ut de mest lovande partiklarna. Förutom att ha en ekonomisk inverkan på kostnaderna för forskning, detta nya tillvägagångssätt begränsar också användningen av djurförsök. Vidare, det öppnar dörren till en allt mer personlig behandling av vissa patologier. Till exempel, genom att testa nanopartiklarna på tumörceller isolerade från en viss patient, det bör teoretiskt vara möjligt att identifiera den mest effektiva behandlingen. Bara tiden får utvisa om denna hypotes stöds i praktiken.