Nous sommes tous plus conscients de la santé pulmonaire depuis Covid-19.

Cependant, pour les personnes souffrant d’asthme et de maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), faire face aux problèmes pulmonaires est un combat de toute une vie. Les personnes atteintes de BPCO souffrent de tissus pulmonaires très enflammés qui gonflent et obstruent les voies respiratoires, ce qui rend la respiration difficile. La maladie est courante, avec plus de trois millions de cas annuels rien qu'aux États-Unis.

Bien que gérable, il n’existe pas de remède. L’un des problèmes est que les poumons atteints de BPCO pompent des tonnes de mucus visqueux, qui forme une barrière empêchant les traitements d’atteindre les cellules pulmonaires. La substance visqueuse, lorsqu'elle n'est pas crachée, attire également les bactéries, aggravant encore la maladie.

Une nouvelle étude in Science Advances décrit une solution potentielle. Les scientifiques ont développé un nanotransporteur pour transporter les antibiotiques vers les poumons. Comme un vaisseau spatial biologique, le transporteur possède des « portes » qui s’ouvrent et libèrent des antibiotiques à l’intérieur de la couche de mucus pour combattre les infections.

Les « portes » elles-mêmes sont également mortelles. Fabriqués à partir d’une petite protéine, ils déchirent les membranes bactériennes et nettoient leur ADN pour débarrasser les cellules pulmonaires des infections chroniques.

L'équipe a conçu une version inhalable d'un antibiotique en utilisant le nanocarrier. Dans un modèle murin de BPCO, le traitement a ravivé les cellules pulmonaires en seulement trois jours. Leurs niveaux d’oxygène dans le sang sont revenus à la normale et les signes antérieurs de lésions pulmonaires ont lentement guéri.

« Cette stratégie immunoantibactérienne pourrait changer le paradigme actuel de la gestion de la BPCO », l'équipe écrit dans l'article.

Respire moi

Les poumons sont extrêmement délicats. Imaginez des couches minces mais flexibles de cellules séparées en lobes pour aider à coordonner le flux d’oxygène dans le corps. Une fois que l’air circule dans la trachée, il se disperse rapidement dans un réseau complexe de branches, remplissant des milliers de sacs aériens qui fournissent au corps de l’oxygène tout en le débarrassant du dioxyde de carbone.

Ces structures sont facilement endommagées et le tabagisme est un déclencheur courant. La fumée de cigarette amène les cellules environnantes à expulser une substance visqueuse qui obstrue les voies respiratoires et recouvre les sacs aériens, ce qui rend difficile leur fonctionnement normal.

Avec le temps, le mucus construit une sorte de « colle » qui attire les bactéries et se condense en un biofilm. La barrière bloque en outre l'échange d'oxygène et transforme l'environnement des poumons en un environnement favorable à la croissance des bactéries.

Une façon d’arrêter la spirale descendante consiste à éliminer les bactéries. Les antibiotiques à large spectre constituent le traitement le plus utilisé. Mais en raison de la couche protectrice visqueuse, ils ne peuvent pas facilement atteindre les bactéries situées profondément dans les tissus pulmonaires. Pire encore, un traitement à long terme augmente le risque de résistance aux antibiotiques, ce qui rend encore plus difficile l’élimination des bactéries tenaces.

Mais la couche protectrice a un point faible : elle est juste un peu trop acide. Littéralement.

Politique de la porte ouverte

Comme un citron, la couche visqueuse est légèrement plus acide que le tissu pulmonaire sain. Cette bizarrerie a donné à l’équipe l’idée d’un support d’antibiotique idéal qui ne libérerait sa charge utile que dans un environnement acide.

L’équipe a fabriqué des nanoparticules creuses à partir de silice – un biomatériau flexible – les a remplies d’un antibiotique courant et a ajouté des « portes » pour libérer les médicaments.

Ces ouvertures sont contrôlées par de courtes séquences protéiques supplémentaires qui fonctionnent comme des « verrous ». Dans les environnements normaux des voies respiratoires et des poumons, ils se replient à la porte, séquestrant essentiellement les antibiotiques à l’intérieur de la bulle.

Libérée dans les poumons atteints de BPCO, l'acidité locale modifie la structure de la protéine de verrouillage, de sorte que les portes s'ouvrent et libèrent des antibiotiques directement dans le mucus et le biofilm, brisant ainsi les défenses bactériennes et les ciblant sur leur territoire.

Un test avec la concoction a pénétré un biofilm cultivé en laboratoire dans une boîte de Pétri. Il était bien plus efficace qu'un type de nanoparticule précédent, en grande partie parce que les portes du support s'ouvraient une fois à l'intérieur du biofilm ; dans d'autres nanoparticules, les antibiotiques restaient piégés.

Les porteurs pourraient également pénétrer plus profondément dans les zones infectées. Les cellules ont des charges électriques. Le support et le mucus ont tous deux des charges négatives qui, comme les extrémités chargées de la même manière de deux aimants, poussent les supports plus profondément dans et à travers les couches de mucus et de biofilm.

En cours de route, l'acidité du mucus change lentement la charge du porteur en positive, de sorte qu'une fois passé le biofilm, le mécanisme de « verrouillage » s'ouvre et libère le médicament.

L'équipe a également testé la capacité des nanoparticules à anéantir les bactéries. Dans un plat, ils ont éliminé plusieurs types courants de bactéries infectieuses et détruit leurs biofilms. Le traitement semblait relativement sûr. Des tests sur des cellules pulmonaires fœtales humaines dans une boîte ont révélé des signes minimes de toxicité.

Étonnamment, le support lui-même pourrait également détruire les bactéries. Dans un environnement acide, sa charge positive brise les membranes bactériennes. Comme des ballons éclatés, les insectes ont libéré du matériel génétique dans leur environnement, que le porteur a balayé.

Amortir le feu

Les infections bactériennes dans les poumons attirent les cellules immunitaires hyperactives, ce qui entraîne un gonflement. Les vaisseaux sanguins entourant les sacs aériens deviennent également perméables, ce qui facilite le passage des molécules dangereuses. Ces changements provoquent une inflammation, rendant la respiration difficile.

Dans un modèle murin de BPCO, le traitement par nanoparticules inhalables a calmé le système immunitaire hyperactif. Plusieurs types de cellules immunitaires sont revenus à un niveau d’activation sain, permettant aux souris de passer d’un profil hautement inflammatoire à un profil combattant les infections et l’inflammation.

Les souris traitées avec la nanoparticule inhalable avaient environ 98 % moins de bactéries dans leurs poumons que celles ayant reçu le même antibiotique sans support.

L’élimination des bactéries a donné aux souris un soupir de soulagement. Ils respiraient plus facilement. Leurs niveaux d’oxygène dans le sang ont augmenté et l’acidité du sang, signe d’un niveau d’oxygène dangereusement bas, est revenue à la normale.

Au microscope, les poumons traités ont restauré leurs structures normales, avec des sacs aériens plus solides qui se sont lentement remis des dommages causés par la BPCO. Les souris traitées présentaient également moins de gonflement de leurs poumons dû à une accumulation de liquide couramment observée lors de lésions pulmonaires.

Les résultats, bien que prometteurs, concernent uniquement un modèle de BPCO liée au tabagisme chez la souris. Il y a encore beaucoup de choses que nous ignorons sur les conséquences à long terme du traitement.

Bien que pour l’instant il n’y ait aucun signe d’effets secondaires, il est possible que les nanoparticules s’accumulent à l’intérieur des poumons au fil du temps, provoquant éventuellement des dommages. Et bien que le support lui-même endommage les membranes bactériennes, le traitement repose principalement sur l’antibiotique encapsulé. Avec résistance aux antibiotiques En hausse, certains médicaments perdent déjà leur effet contre la BPCO.

Il existe ensuite un risque de dommages mécaniques au fil du temps. L’inhalation répétée de nanoparticules à base de silicium pourrait provoquer à long terme des cicatrices pulmonaires. Ainsi, même si les nanoparticules pourraient modifier les stratégies de gestion de la BPCO, il est clair que nous avons besoin d'études de suivi, a écrit l'équipe.

Crédit image: lumière de cristal / Shutterstock.com

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• La source: https://singularityhub.com/2024/02/12/an-antibiotic-you-inhale-can-deliver-medication-deep-into-the-lungs/