Laboratoire de nanotechnologie

Nanoparticules et systèmes de libération de médicaments nanométriques

Au Centre d'évaluation des vaccins, les recherches sur les nanoparticules et sur les systèmes de libération de médicaments nanométriques offrent de nouvelles connaissances et de produire de nouveaux outils pour évaluer les produits biologiques issus de la nanotechnologie. 

Pourquoi étudions-nous la nanotechnologie et les produits de la nanotechnologie?

La nanotechnologie consiste à modifier la matière de façon à produire des particules d’une taille généralement inférieure à 100 nm. Les nanoparticules ainsi produites, en raison de leur petite taille, peuvent présenter des propriétés physiques, chimiques ou biologiques différentes.

L’une des possibilités les plus prometteuses qu’offre la nanotechnologie touche le domaine médical. Les nanoparticules sont actuellement utilisées, ou leur utilisation est envisagée, en raison de leur efficacité en imagerie médicale, ainsi que pour les vaccins et la libération de médicaments. Compte tenu du rapport surface/volume accru que les nanoparticules offrent, par rapport à la forme originale de la matière, leurs interactions avec les systèmes biologiques sont à étudier de plus près. Les effets de la nanotechnologie et des systèmes nanométriques sur la santé humaine sont des priorités de recherche pour Santé Canada. Il est tout particulièrement intéressant de se pencher sur les possibilités d’interactions plus larges avec les protéines, celles présentes naturellement dans l’organisme ou celles pouvant être administrées avec les nanoparticules comme traitement. Les interactions entre les nanoparticules et les protéines peuvent provoquer des modifications conformationnelles (forme), entraînant des changements ou des pertes de fonction ou, conséquence plus grave, le fait que la protéine soit considérée comme un corps étranger par le système immunitaire de l’hôte.

Comment étudions-nous les nanoparticules et les systèmes de libération de médicaments nanométriques?

Le Centre d’évaluation des vaccins (CEV) étudie des techniques visant à mieux définir et à mieux comprendre les propriétés des systèmes de libération de médicaments nanométriques. Les renseignements recueillis dans le cadre de ces recherches constitueront une expérience pertinente sur le plan scientifique, permettront de donner des conseils et d’acquérir une expertise dans ce domaine crucial et en croissance rapide, et ce, à la fois pour le CEV et pour alimenter le processus décisionnel en matière de réglementation à Santé Canada.  

Plus précisément, la recherche cible les modifications structurelles possibles des protéines associées aux nanoparticules et la façon dont ces modifications peuvent influer sur les propriétés thérapeutiques de la protéine ou du système de libération de médicament nanométrique.

Les protéines ou peptides associés à plusieurs systèmes de libération de médicaments nanométriques sont actuellement en cours d’élaboration ou approuvés pour usage clinique. Ces protéines peuvent être intégrées à la charge utile thérapeutique ou se trouver à la surface de la nanoparticule. Les protéines de surface peuvent permettre de cibler les nanoparticules d’un tissu précis, un type de cellules précis ou un point d’entrée précis d’une cellule. Nos chercheurs étudient et définissent les nanoparticules et les systèmes de libération de médicaments nanométriques pour ce qui est de la taille, de la charge de surface et de la structure de la surface associée aux protéines en utilisant des techniques permettant de déterminer la taille des particules submicroniques, le spectropolarimètre de dichroïsme circulaire et le calorimètre à compensation de puissance.    

Les scientifiques se penchent actuellement sur plusieurs systèmes différents de libération de médicaments par nanoparticules, dont des systèmes de libération s’appuyant sur des nanoparticules de lipide ou de protéine. Ces recherches sur les nanoparticules et sur les protéines qui y sont associées permettent d’acquérir de précieuses connaissances pour :

  • Évaluer à la fois les nanoparticules et les systèmes de libération de médicaments reposant sur les nanoparticules, à la lumière de la réglementation actuelle; 
  • Élaborer des techniques ou adapter les techniques existantes pour préciser les systèmes de libération de médicaments reposant sur les nanoparticules;
  • Prédire les effets de l’association de nanoparticules sur le repliement des protéines;
  • Comprendre les risques et les mécanismes qui sous-tendent les réactions indésirables attribuables aux modifications structurelles des protéines associées aux nanoparticules.

Concepts et outils utilisés pour étudier les nanoparticules et les systèmes de libération de médicaments nanométriques

Au Centre d’évaluation des vaccins, les scientifiques utilisent le terme « nanoparticules » pour désigner des particules qui ont une taille comprise entre 1 et 100 nanomètres. Les nanoparticules englobent une vaste gamme de types de particules. Certaines existent à l’état naturel, tandis que d’autres sont composées de matériaux synthétisés chimiquement. Leurs propriétés variables et uniques font des nanoparticules des systèmes de libération de médicaments très utiles.

Les systèmes de libération de médicaments nanométriques peuvent offrir de nombreux avantages par rapport au système traditionnel de libération de médicaments. En voici quelques-uns :

  • Réduire la toxicité ou les réactions indésirables en diminuant l’exposition des tissus sensibles;
  • Améliorer l’efficacité :
    • en ciblant le ou les foyers de la maladie;
    • en améliorant la durée de circulation;
    • en maîtrisant la libération du médicament;
    • en améliorant la stabilité des agents actifs;
    • en libérant des composés peu solubles.
  • Permettre l’activité thérapeutique d’agents précédemment inactifs;
  • Offrir d’autres voies d’administration médicamenteuses et améliorer la fidélité au traitement. 

Voici des exemples de systèmes de libération de médicaments nanométriques : les dendrimères, les nanoparticules lipides (liposomes), les micelles, les nanotubes, les nanocages, les nanocoquilles, les vecteurs de médicament polymériques (conjugats) et les systèmes de libération de médicaments à base de protéines. Chacun de ces systèmes diffère en structure, en composition, et en propriétés fonctionnelles ce qui les rends interessants pour les applications spécifiques.

Les nanoparticules lipides sont également appelées liposomes. Ces vésicules artificielles se composent d’une ou de plusieurs bicouches de lipides entourant un noyau aqueux. Les nanoparticules lipides représentent l’un des systèmes de libération de médicaments les plus largement utilisés, parce qu’elles peuvent encapsuler des médicaments hydrophobes ou hydrophiles, affichent une biocompatibilité et peuvent être modifiées sur le plan fonctionnel à leur surface.

Les systèmes de libération à base de protéines sont au centre des études les plus récentes. Ils utilisent l’albumine comme système de libération d’autres protéines ou de médicaments à petites molécules. Ces systèmes de libération à base d’albumine ont affiché des profils pharmacocinétiques supérieurs, et il est apparu que l’agent actif sur le plan thérapeutique s’accumulait dans la tumeur. Certains systèmes de libération à base d’albumine en sont au stade final des études cliniques et ont reçu l’approbation pour un usage clinique.

Point saillant de la recherche 1 : Caractérisation des protéines associées aux nanoparticules de liposome

Le fait d’intégrer à la fois des médicaments à petites molécules et des agents biothérapeutiques dans des systèmes de libération de médicaments nanométriques, comme les liposomes, a permis aux chercheurs d’observer une augmentation de l’efficacité de l’agent thérapeutique et une réduction des réactions indésirables nocives.

Des études ont mis en évidence qu’il est possible d’améliorer encore davantage l’efficacité en ciblant ces systèmes sur les cellules ou sur les foyers propres à la maladie. Cette étape est généralement pratiquée en associant des ligands, qui reconnaissent des récepteurs ou des antigènes précis à la surface de la cellule, à l’extérieur des systèmes de libération. Les ligands de ciblage peuvent être des anticorps, des fragments d’anticorps, des peptides, des petites molécules ou des protéines complètes. Les interactions entre ces protéines de ciblage et les nanoparticules qui y sont associées ou entre les nanoparticules et les protéines natives dans la circulation sanguine sont au centre de ces recherches.

Nos scientifiques orientent leur travail sur les axes suivants :

  • Adapter les techniques utilisées pour évaluer la structure (secondaire et tertiaire) des protéines et des peptides à la caractérisation des systèmes de nanoparticules ciblés par les ligands de protéines;
  • Établir la façon dont diverses propriétés des membranes ou des technologies de couplage peuvent produire des modifications structurelles des ligands de ciblage de protéines qui y sont étroitement liés;
  • Prodiguer des conseils pertinents sur le plan scientifique aux décideurs pour aider Santé Canada et la Direction des produits biologiques et des thérapies génétiques (DPBTG) à réglementer l’augmentation attendue des systèmes de libération de médicaments nanométriques.

Pour des renseignements au sujet du chercheur scientifique responsable de ce laboratoire, veuillez visiter son profil dans le Répertoire des scientifiques et des professionnels

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