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L’arthrose, une maladie qui provoque de graves douleurs articulaires, affecte plus de 20 millions de personnes uniquement aux États-Unis. Certains traitements médicamenteux peuvent aider à soulager la douleur, mais il n’existe aucun traitement pouvant inverser ou ralentir la dégradation du cartilage associée à cette maladie.

Un nouveau traitement pour guérir le cartilage

Dans le but d’améliorer les options de traitement de l’arthrose, les ingénieurs du MIT ont conçu un nouveau matériel qui peut administrer des médicaments directement au cartilage. Ce matériel peut pénétrer profondément dans le cartilage, fournissant des médicaments qui pourraient potentiellement guérir les tissus endommagés.
« C’est une façon d’atteindre directement les cellules qui subissent les dommages, et d’introduire différents types de thérapies qui pourraient changer leur comportement », explique Paula Hammond, chef du département de génie chimique du MIT, membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT, et auteur principal de l’étude.
Dans une étude chez le rat, les chercheurs ont démontré que l’administration d’un médicament expérimental appelé insulin-like growth factor 1 (IGF-1) empêchait la dégradation du cartilage beaucoup plus efficacement que l’injection du médicament dans l’articulation.
Brett Geiger, un étudiant diplômé du MIT, est l’auteur principal de l’article, qui apparaît dans Science Translational Medicine. Les autres auteurs sont Sheryl Wang, une étudiante diplômée du MIT, Robert Padera, un professeur agrégé de pathologie à Brigham et Women’s Hospital, et Alan Grodzinsky, un professeur en génie biologique du MIT.

Une nouvelle molécule qui se lie au cartilage

L’arthrose est une maladie évolutive qui peut être causée par une blessure traumatique telle que déchirement d’un ligament; elle peut également résulter de l’usure graduelle du cartilage à mesure que les gens vieillissent. Ce cartilage est produit par des cellules appelées chondrocytes, mais il n’est pas facilement à remplacer une fois qu’il est endommagé.
Des études antérieures ont montré que l’IGF-1 pouvait aider à régénérer le cartilage chez les animaux. Toutefois, de nombreux médicaments contre l’arthrose qui se sont avérés prometteurs dans des études sur les animaux n’ont pas donné de bons résultats dans les essais cliniques.
L’équipe du MIT soupçonnait que cela était dû au fait que les médicaments avaient été évacuées de l’articulation avant qu’elles n’atteignent la couche profonde de chondrocytes qu’elles étaient censées cibler. Pour surmonter cela, ils ont entrepris de concevoir un matériau qui pourrait pénétrer le long du cartilage.
Cette molécule en forme de sphère qu’ils ont créée contient plusieurs structures ramifiées appelées dendrimères qui se ramifient à partir d’un noyau central. Cette molécule a une charge positive à l’extrémité de chacune de ses branches, ce qui l’aide à se lier au cartilage chargé négativement. Certaines de ces charges peuvent être remplacées par un polymère court, souple et hydrophile, connu sous le nom de PEG, qui peut s’étendre à la surface et recouvrir partiellement la charge positive. Des molécules d’IGF-1 sont également attachées à la surface de cette molécule.
Lorsque ces particules sont injectées dans une articulation, elles recouvrent la surface du cartilage et commencent à se diffuser à travers celui-ci. C’est plus facile pour elles de le faire qu’il ne l’est pour l’IGF-1 libre parce que les charges positives des sphères leur permettent de se lier au cartilage et de les empêcher d’être expulsé.
Cependant, les molécules chargées n’adhèrent pas de façon permanente. Grâce aux chaînes de PEG flexibles à la surface qui recouvrent et dévoilent la charge au fur et à mesure qu’elles se déplacent, les molécules peuvent se détacher brièvement du cartilage, ce qui leur permet de se déplacer plus profondément dans le tissu.
« Nous avons trouvé une portée de charge optimale de sorte que ce matériau peut à la fois se lier au tissu et se détacher pour une diffusion ultérieure, et ne pas être si fort pour qu’il se bloque juste à la surface », dit Geiger. Une fois que les particules atteignent les chondrocytes, les molécules d’IGF-1 se lient aux récepteurs sur les surfaces cellulaires et stimulent les cellules à commencer à produire des protéoglycanes – les éléments constitutifs du cartilage et d’autres tissus conjonctifs. L’IGF-1 favorise également la croissance cellulaire et prévient la mort cellulaire.

La réparation des articulations

Lorsque les chercheurs ont injecté les particules dans les articulations des genoux de rats, ils ont découvert que la substance avait une demi-vie d’environ quatre jours, soit 10 fois plus longue que l’IGF-1 injecté seul. La concentration du médicament dans les articulations est demeurée assez élevée pour avoir un effet thérapeutique pendant environ 30 jours. Si cela est vrai pour les humains, les patients pourraient bénéficier grandement des injections articulaires — qui ne peuvent être données que tous les mois ou toutes les deux semaines expliquent les chercheurs.
Dans les études sur les animaux, les chercheurs ont découvert que le cartilage dans les articulations blessées traitées avec l’association de nanoparticule-médicament était beaucoup moins endommagé que le cartilage dans les articulations non traitées ou traitées avec l’IGF-1 seul. Les articulations ont également montré des réductions de l’inflammation articulaire et de la formation de l’éperon osseux.
« Il s’agit d’une importante validation de principe qui s’appuie sur les récents progrès dans l’identification des facteurs de croissance anabolisants prometteurs sur le plan clinique (comme l’IGF-1), avec des résultats prometteurs de modification de la maladie dans un modèle cliniquement pertinent.

Une étape importante pour les nanomédicines

L’administration de facteurs de croissance à l’aide de nanoparticules d’une manière qui soutient et améliore les traitements de l’arthrose est une étape importante pour les nanomédicines”, explique Kannan Rangaramanujam, professeur d’ophtalmologie et codirecteur du Center for Nanomedicine de la Johns Hopkins School of Medicine, qui n’a pas participé à cette recherche.
Le cartilage dans les articulations des rats a une épaisseur d’environ 100 microns, mais les chercheurs ont également montré que leurs particules pouvaient pénétrer dans des morceaux de cartilage allant jusqu’à 1 millimètre d’épaisseur dans une articulation humaine.
« C’est une chose très difficile à faire. Les médicaments sont habituellement éliminés avant qu’ils ne puissent traverser une grande partie du cartilage”, explique M. Geiger. « Quand on commence à penser à traduire cette technologie des études sur les rats aux études sur les animaux plus gros et, un jour, sur les humains, la capacité de cette technologie à réussir dépend de sa capacité à travailler dans un cartilage plus épais. »

Administrer différents types de médicaments

Les chercheurs ont commencé à mettre au point ce matériel pour traiter l’arthrose qui survient après une blessure traumatique, mais ils croient qu’il pourrait aussi être adapté pour traiter l’arthrose liée à l’âge. Ils envisagent maintenant d’explorer la possibilité d’administrer différents types de médicaments, comme d’autres facteurs de croissance, des médicaments qui bloquent les cytokines inflammatoires et des acides nucléiques comme l’ADN et l’ARN.
Source : MIT
Crédit photo : rawpixel