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Des « cages » d’ADN peuvent libérer des médicaments

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Des nanostructures composées de brins d’ADN peuvent encapsuler et libérer des molécules médicamenteuses de petite taille
Publié: 3 Sep 2013

Dans le cadre d’une nouvelle étude dont les résultats ont fait l’objet d’un article publié en ligne le 1er septembre 2013 dans la revue Nature Chemistry, des chercheurs de l’Université McGill ont découvert que des « cages » nanométriques composées de brins d’ADN peuvent encapsuler de petites molécules médicamenteuses et les libérer en réaction à certains stimuli. 

Ces travaux marquent un nouveau jalon dans l’utilisation de nanostructures biologiques capables de libérer des médicaments dans les cellules lésées. Ils pourraient également ouvrir la voie à la mise au point d’autres nanomatériaux à base d’ADN.

« Ces travaux marquent une avancée importante dans le domaine de la libération des médicaments, mais également dans la recherche fondamentale en biologie structurelle et en nanotechnologies », affirme Hanadi Sleiman, professeure de chimie à l’Université McGill, qui a dirigé le groupe de chercheurs.

L’ADN transmet l’information génétique de tous les organismes vivants d’une génération à la suivante. Mais les brins d’ADN peuvent également servir à construire des structures nanométriques (un nanomètre ‒ un milliardième de mètre ‒ est environ 100 000 fois plus petit que le diamètre d’un cheveu).

Les chercheurs de l’Université McGill ont d’abord utilisé de courts brins d’ADN pour créer des cubes d’ADN qu’ils ont modifiés à l’aide de molécules analogues aux lipides. Ces molécules lipidiques se comportent comme des timbres adhésifs qui se regroupent à l’intérieur du cube d’ADN pour former un noyau capable de contenir une charge de molécules médicamenteuses.

Les chercheurs mcgillois ont également constaté qu’en plaçant ces timbres adhésifs sur l’une des faces externes des cubes d’ADN, ils pouvaient attacher deux cubes l’un à l’autre. Ce nouveau mode d’assemblage offre des similitudes avec la façon dont les protéines se replient pour former des structures fonctionnelles, note la professeure Sleiman. « Cette découverte ouvre la voie à la mise au point d’autres nanomatériaux à base d’ADN. »

L’équipe de la professeure Sleiman avait déjà réussi à démontrer que les nanoparticules d’or pouvaient être chargées dans des nanotubes d’ADN, puis libérées, prouvant ainsi que la libération de médicaments à l’aide de ce mécanisme était en principe possible. Toutefois, pour la première fois, des molécules beaucoup plus petites que les nanoparticules d’or sont manipulées de cette façon au moyen d’une nanostructure à base d’ADN.

Les nanostructures d’ADN présentent plusieurs avantages par rapport aux matériaux synthétiques dont on se sert couramment pour libérer des médicaments dans l’organisme, explique Thomas Edwardson, doctorant à McGill et coauteur de l’article. « On peut construire des structures d’ADN d’une grande précision et en modifier facilement la taille, la forme ou les propriétés; de plus, ces structures sont biodégradables. »

On peut fabriquer une cage d’ADN pour qu’elle libère des médicaments en présence d’une séquence d’acides nucléiques précise. « De nombreuses cellules pathologiques, comme les cellules cancéreuses, surexpriment certains gènes », ajoute Thomas Edwardson. « On pourrait éventuellement concevoir un cube d’ADN pour qu’il transporte un médicament jusqu’aux cellules lésées, qui déclencheraient elles-mêmes la libération de la charge médicamenteuse. » L’équipe de la professeure Sleiman effectue présentement des études sur des cellules et des animaux afin d’évaluer la viabilité de cette méthode en présence de leucémie lymphoïde chronique et de cancer prostatique, en collaboration avec des chercheurs de l’Institut Lady Davis de recherches médicales de l’Hôpital général juif, à Montréal.

Les travaux réalisés par l’équipe de la professeure Sleiman ont été financés par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, la Fondation canadienne pour l’innovation, le Centre de recherche sur les matériaux autoassemblés et l’Institut canadien de recherches avancées, ainsi que par une subvention de formation des Instituts de recherche en santé du Canada pour le développement de médicaments octroyée à Thomas Edwardson.

Image:  A DNA cage (at left), with lipid-like molecules (in blue). The lipids come together  in a ‘handshake’ within the cage (center image) to encapsulate small-molecule drugs (purple). The molecules are released (at right) in response to the presence of a specific nucleic acid. Credit: Thomas Edwardson, McGill University

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