Une étude révèle que la protéine réduit la toxicité de l’oxyde de graphène pour l’administration de médicaments

Une nouvelle étude a découvert des moyens de réduire la toxicité de l’oxyde de graphène (GO), une feuille ultra-mince de nanomatériau dérivé du graphite, jetant les bases de son utilisation comme système d’administration de médicaments.

Le professeur Khuloud Al-Jamal, qui a dirigé l’étude, a déclaré : « Les chercheurs sont incroyablement enthousiasmés par les applications médicales potentielles du graphène depuis que les expériences sur le nanomatériau ont été récompensées par le prix Nobel de physique en 2010. Cependant, les inquiétudes concernant la toxicité restent un obstacle constant. »

« Dans cette étude, nous avons introduit des méthodes chimiques pour rendre GO plus biocompatible et avons découvert le lien entre les protéines de la couronne et le profil de sécurité de GO. Plus important encore, nous avons montré que les méthodes in silico pouvaient prédire avec précision la toxicité chez la souris, offrant ainsi des moyens de remplacer l’utilisation d’animaux. Je suis fier de cet effort d’équipe transcontinental entre le Royaume-Uni, Hong Kong, la Chine et les États-Unis », a déclaré le professeur Al-Jamal, professeur d’administration de médicaments et de nanomédecine et responsable du développement de médicaments.

L’oxyde de graphène (GO) est une feuille ultra-mince dérivée du graphite. Il est similaire à la mine de crayon, mais contient des atomes d’oxygène, ce qui le rend compatible avec l’eau. Ses propriétés physiques et chimiques uniques lui confèrent une grande capacité à transporter des antibiotiques et des médicaments anticancéreux, entre autres, ainsi qu’à cibler des cellules spécifiques, ce qui en fait un système d’administration de médicaments potentiellement efficace.

Lorsque le GO pénètre dans l’organisme, il interagit avec les protéines présentes dans les fluides biologiques comme le plasma et le liquide céphalorachidien. Cette interaction conduit à la formation d’une couche de protéines durcie, autrement appelée couronne protéique, autour du GO, qui influence le comportement et la toxicité du nanomatériau.

Par conséquent, pour profiter en toute sécurité de ce système d’administration de médicaments, des recherches importantes sont nécessaires pour modifier la surface GO, ou sa méthode d’administration, et atténuer son effet toxique à l’intérieur du corps.

Une nouvelle étude multidisciplinaire, publiée dans ACS Nanoa pu révéler les circonstances qui font que la couronne provoque la toxicité. Grâce à ces connaissances, les chercheurs ont ensuite étudié et identifié des protéines dans la couronne qui ont réussi à atténuer la toxicité de GO, créant ainsi un potentiel pour son utilisation comme système d’administration de médicaments et jetant les bases de produits injectables et d’implants fabriqués à partir de nanomatériaux.

Deux types de feuilles GO avec de nouvelles modifications chimiques ont été testées pour voir comment elles se lient à la protéine corona et leur impact sur le corps dans son ensemble. Les résultats obtenus à partir de modèles murins ont montré que les feuilles avec un revêtement à faible teneur en protéines causaient des dommages plus graves au foie et aux poumons, ainsi que des signes d’augmentation des marqueurs moléculaires d’inflammation et de toxicité sanguine. Cela était particulièrement évident chez les modèles murins avec un système immunitaire normal et fonctionnel.

Une analyse détaillée des résultats a permis aux chercheurs d’identifier des modèles cohérents reliant les revêtements protéiques à leurs effets toxiques chez la souris. Ils ont découvert qu’une quantité accrue de la couronne entraînait une réduction de la toxicité du GO, avec une analyse plus approfondie identifiant des protéines clés à l’intérieur qui pourraient également atténuer la toxicité du nanomatériau.

Cette approche multidisciplinaire, comprenant la chimie, les matériaux 2D, la protéomique, la modélisation mathématique et la recherche animale, constitue une avancée majeure pour l’application pratique potentielle du GO comme système d’administration de médicaments et d’autres nanomatériaux.