Un polymère piézoélectrique implantable améliore la libération contrôlée de médicaments
Une membrane constituée de fils d’un polymère couramment utilisé dans les sutures vasculaires peut être chargée de médicaments thérapeutiques et implantée dans le corps, où les forces mécaniques activent le potentiel électrique du polymère et libèrent lentement les médicaments.
Ce nouveau système, mis au point par un groupe dirigé par des bioingénieurs de l’UC Riverside et publié dans ACS Applied Bio Materials, permet de surmonter les principales limites de l’administration conventionnelle de médicaments et de certaines méthodes de libération contrôlée, et pourrait améliorer le traitement du cancer et d’autres maladies chroniques.
Les inconvénients de l’administration conventionnelle de médicaments comprennent l’administration répétée, la biodistribution non spécifique dans les systèmes de l’organisme, la non-durabilité à long terme des molécules de médicaments et une cytotoxicité élevée, ce qui constitue un défi pour le traitement efficace des maladies chroniques qui nécessitent des doses de médicaments variables dans le temps pour une efficacité thérapeutique optimale. La plupart des méthodes de libération contrôlée encapsulent les particules de médicament dans des récipients biodégradables, semblables à des bulles, qui se dissolvent avec le temps pour libérer le médicament, ce qui rend difficile l’administration de médicaments selon un calendrier précis. D’autres impliquent un dispositif alimenté par une batterie qui n’est pas biocompatible.
Jin Nam, professeur associé de bio-ingénierie au Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering de l’UC Riverside, dirige un laboratoire qui travaille avec des polymères biocompatibles pour construire des structures appelées échafaudages qui aident les cellules souches à réparer les tissus et les organes. L’un de ces polymères, le poly(fluorure de vinylidène-trifluro-éthylène), ou P(VDF-TrFE), peut produire une charge électrique sous contrainte mécanique. Nam a réalisé que cette propriété, connue sous le nom de piézoélectricité, faisait du polymère un candidat potentiellement viable pour un système de libération de médicaments.
Son équipe a utilisé une technique appelée électrospinning pour produire des nanofibres de P(VDF-TrFE) superposées en un mince tapis. La structuration du matériau à l’échelle nanométrique par électrofilage a permis d’optimiser la sensibilité des nanofibres obtenues, de sorte que le système d’administration de médicaments puisse répondre à des forces d’une ampleur physiologiquement acceptable tout en restant insensible aux activités quotidiennes. La grande surface des nanofibres leur a permis d’adsorber une quantité relativement importante de molécules de médicament.
Après avoir intégré le film dans un hydrogel qui imite les tissus vivants, une série de tests utilisant des ondes de choc thérapeutiques a généré une charge électrique suffisante pour libérer une molécule de médicament modèle fixée électrostatiquement dans le gel environnant. Les chercheurs ont pu régler la quantité de médicament libéré en faisant varier la pression appliquée et la durée.
« Ce système d’administration de médicaments à base de nanofibres piézoélectriques permet la libération localisée de molécules de médicaments à la demande, ce qui serait utile pour les maladies ou les conditions qui nécessitent une administration répétée et à long terme de médicaments, comme les traitements contre le cancer », a déclaré Nam. « Le rapport surface/volume important de la structure nanofibreuse permet une plus grande charge de médicament, ce qui conduit à une injection ou une implantation unique qui dure plus longtemps que l’administration conventionnelle de médicaments. »
Par rapport aux systèmes traditionnels d’administration de médicaments basés sur la dégradation ou la diffusion qui présentent généralement une libération initiale en rafale suivie de différents taux de libération, le profil linéaire de libération de médicaments du système à base piézoélectrique permet l’administration précise de molécules médicamenteuses, quelle que soit la durée d’implantation. Des tests répétés de libération de médicament à la demande ont montré une quantité similaire de libération de médicament par activation, confirmant le contrôle robuste du taux de libération.
La sensibilité de la cinétique de libération du médicament peut être réglée en contrôlant la taille des nanofibres dans une plage activée par les ondes de choc thérapeutiques, souvent utilisées pour le traitement des douleurs musculo-squelettiques avec un dispositif portatif. Des nanofibres plus petites et plus sensibles peuvent être utilisées pour l’implantation dans des tissus profonds, par exemple près d’un os sous les muscles, tandis que des nanofibres plus grandes et moins sensibles pourraient être utilisées dans des applications sous-cutanées pour éviter une fausse activation par un impact accidentel.
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Source : Phys.org – Traduit par Anguille sous roche
