Un outil d'administration de traitement modélisé en 3D
Un cubosome en 3D ©Davide Demurtas/EPFL
Des chercheurs de l’EPFL et Nestlé ont développé une méthode novatrice capable de « voir » à l’intérieur des cubosomes dispersés (ou phases cristallines liquides cubiques) avec un niveau de précision inégalé. Cette découverte va permettre d’améliorer leur conception pour un meilleur apport nutritif ou médicamenteux.
Les cubosomes sont de petites « capsules » biologiques susceptibles d’administrer des molécules de nutriments ou de médicaments avec une efficacité élevée. Leur intérieur, fortement symétrique, est fait de minuscules cubes de molécules adipeuses assemblées, similaires à celles des membranes cellulaires. Ceci rend les cubosomes sûrs pour une utilisation dans des organismes vivants. De tels atouts ont suscité un grand intérêt du côté des industries pharmaceutiques et alimentaires, qui cherchent à les exploiter pour la libération contrôlée de molécules, ce qui améliorerait l’administration de nutriments et de médicaments. Or, des scientifiques de l’EPFL collaborant avec Nestlé sont parvenus à étudier la structure des cubosomes en détail pour la première fois. Publiée dans Nature Communications, cette découverte va contribuer à promouvoir leur utilisation en médecine et dans les sciences de l’alimentation.
Les molécules d’un médicament ou d’un nutriment contenues à l’intérieur d’un cubosome peuvent se déplacer en utilisant l’un des nombreux canaux qui forment sa structure interne. L’industrie pharmaceutique utilise déjà un système similaire pour administrer des médicaments, et ce en recourant aux liposomes, également faits de graisse, mais de forme sphérique. Or, les canaux internes complexes des cubosomes leur confèrent une surface intérieure plus conséquente, qui offre un grand potentiel pour la distribution contrôlée de nutriments et de médicaments.
En bref, les propriétés des cubosomes, comme d’autres vaisseaux de livraison à base de lipides, dépendent de leur structure. Le problème est qu’ils s’assemblent eux-mêmes « spontanément » après avoir réuni les ingrédients requis (généralement des lipides et un détergent) dans des conditions adéquates. Les scientifiques n’ont par conséquent qu’un contrôle limité de la structure finale des cubosomes, ce qui rend leur conception complexe à optimiser. En outre, il est très difficile de « voir » leur intérieur et de cartographier les divers arrangements de leurs canaux.
Or, Davide Demurtas et Cécile Hébert du Centre Interdisciplinaire de Microscopie Electronique de l’EPFL (CIME), et Laurent Sagalowicz du Centre de Recherche Nestlé Lausanne, ont levé le voile sur la structure interne en 3D des cubosomes, et ont fait des observations qui correspondent avec les simulations informatiques.
Les chercheurs ont employé une technique de microscopie appelée « tomographie cryoélectronique » (CET). Cette méthode nécessite d’incorporer les cubosomes dans un type de glace « de verre » sans cristaux, ces derniers pouvant endommager les cubosomes. Les échantillons sont ensuite placés à -170oC, et le microscope prend des photos en inclinant le cubosome sous différents angles. Cette technique, mise en œuvre au CIME, peut utiliser ces informations tridimensionnelles pour recréer des images des cubosomes à leur état natif avec un niveau de détail sans précédent.
« Cette méthode nous permet de glaner des informations tant sur l’intérieur que sur l’extérieur des cubosomes, » déclare Cécile Hébert. « La CET distinguant les diverses densités du cubosome et de la glace, le microscope est très précis et sensible. »
Les images CET ont montré clairement la structure cubique interne et l’organisation 3D des canaux. Les chercheurs ont ensuite comparé ces images aux modèles mathématiques couramment utilisés pour les simulations informatiques des interfaces intérieurs/extérieurs. Les données réelles correspondent à la théorie.
« Grâce à cette approche, nous pouvons développer une meilleure compréhension de la structure interne des cubosomes, » explique Davide Demurtas. Un succès qui devrait rendre plus simple l’étude et la conception de cubosomes aux propriétés macroscopiques contrôlées (p.ex. pour l’administration de médicaments).
Cette étude est une collaboration entre le CIME (Centre Interdisciplinaire de Microscopie Electronique) de l’EPFL, le Centre de Recherche Nestlé Lausanne, l’Institut de Recherche sur le Cancer de l’EPFL et le Département des Sciences et Technologies de la Santé de l’ETHZ.
Source
Demurtas D, Guichard P, Martiel I, Mezzenga R, Hébert C, Sagalowicz L. Direct visualization of dispersed lipid bicontinuous cubic phases by cryo-electron tomography.Nature Communications 17 November 2015. DOI: 10.1038/NCOMMS9915.
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