Brandon Martin/Université Rice
En moyenne, les patients atteints de maladies chroniques suivent leurs traitements prescrits environ 50 % du temps. C’est un problème. Si les médicaments ne sont pas pris régulièrement, à temps et aux bonnes doses, le traitement peut ne pas fonctionner et l’état de la personne peut s’aggraver.
Le problème n’est pas que les gens ne veulent pas prendre leurs ordonnances. C’est que certains médicaments, comme les médicaments contre le VIH, nécessitent un engagement inébranlable. Et les médicaments essentiels, comme l’insuline, peuvent coûter très cher. De plus, la pandémie de Covid a illustré les difficultés de livrer des vaccins périssables de suivi dans les régions sans chaîne du froid. « Sommes-nous vraiment en train de retirer toute l’utilité de ces médicaments et vaccins ? demande Kevin McHugh, bioingénieur à l’Université Rice. « La réponse est, en général, Non. Et parfois, nous manquons beaucoup de choses.
Par exemple, le médicament injectable bevacizumab peut être utilisé pour traiter la dégénérescence maculaire, une des principales causes de cécité. Mais même s’il est efficace, l’observance du dosage est notoirement faible. « Les gens détestent se faire des injections dans les yeux », dit McHugh. « Et je ne les blâme pas du tout, c’est terrible. »
Le labo de McHugh travaille dans le domaine de la distribution de médicaments. L’objectif est de donner aux patients ce qu’ils veulent, moins de tracas, tout en leur donnant ce dont ils ont besoin : un dosage constant. La réponse du laboratoire est une injection de microparticules libérant des médicaments qui libèrent leur contenu dans des délais chronométrés pouvant s’étendre sur des jours, voire des semaines. « Nous essayons de concevoir ces systèmes de livraison pour qu’ils fonctionnent dans le monde réel, par opposition à cette version idéalisée du monde », déclare McHugh.
Dans le numéro de juin d’Advanced Materials, l’équipe de McHugh a décrit le fonctionnement de leur système. Cela commence par une injection contenant des centaines de minuscules particules de microplastique, chacune encapsulant une petite dose d’un médicament. Ces minuscules capsules sont faites de polymère PLGA, que notre corps décompose en toute sécurité. En ajustant le poids moléculaire du polymère utilisé pour chaque capsule, les scientifiques peuvent contrôler la vitesse à laquelle ils érodent et libèrent les médicaments. Dans cette étude, l’équipe a démontré un seul coup contenant quatre groupes de microparticules qui ont libéré leur contenu à 10, 15, 17 et 36 jours après l’injection.
« Avoir des stratégies d’administration à longue durée d’action est un grand besoin non satisfait », déclare SriniVas Sadda, ophtalmologiste à l’UCLA et au Doheny Eye Institute, qui n’a pas participé à l’étude. Les patients que Sadda voit sont des personnes âgées. Ils dépendent souvent des membres de leur famille pour le transport et peuvent sauter des rendez-vous en raison d’autres problèmes de santé. « Peut-être qu’ils sont tombés et se sont cassé la hanche et qu’ils finissent par ne pas entrer », dit-il. « Les visites manquées peuvent être un gros problème car vous manquez un traitement et la maladie pourrait s’aggraver. Et il n’est pas toujours possible de récupérer.
Il est difficile d’avoir un contrôle délicat sur les niveaux d’un médicament dans votre corps, en partie parce que la plupart des médicaments fonctionnent comme des masses. Prenez un ibuprofène ou un antidépresseur, et ces niveaux augmenteront à mesure que le médicament traversera rapidement votre tractus gastro-intestinal. Les pilules à libération prolongée prolongent l’effet d’un médicament mais diminuent toujours à partir d’un pic. Et vous ne pouvez pas simplement prélever une forte dose pour retarder la suivante, car certains médicaments, comme l’insuline, ont une «fenêtre thérapeutique» étroite entre être utile et dangereux.
Ironiquement, des types de médicaments nouveaux et plus avancés n’ont fait qu’aggraver ce problème. En 2021, sept des 10 médicaments les plus vendus aux États-Unis étaient des produits biologiques, une classe qui comprend les protéines, les hormones et les thérapies géniques. Les produits biologiques sont plus capricieux que les petites molécules comme l’ibuprofène et fonctionnent rarement par voie orale. Mais ils sont efficaces. « La puissance et la spécificité fournies par les médicaments protéiques comme les anticorps sont donc génial », dit McHugh. « Maintenant, la question serait de savoir comment les faire durer longtemps. »
Au cours d’une bourse postdoctorale au MIT il y a environ six ans, McHugh a expérimenté la manipulation de polymères pour enfermer des médicaments. Son équipe a inventé un type de microparticule qui encapsule un médicament à l’aide de PLGA parce que le polymère est utilisé cliniquement dans les traitements approuvés par la FDA depuis 1989. Il était clair que la modification du poids moléculaire du polymère retarderait sa dégradation – et la libération du médicament – mais la technique était cher et difficile à développer. Et certaines des applications les plus importantes, comme les vaccins, doivent être extrêmement peu coûteuses. « Si nous essayons de développer et de fournir des vaccins dans les pays à revenu faible ou intermédiaire, ces technologies doivent peut-être coûter quelques centimes », dit-il. « Comment pouvons-nous en fabriquer un milliard ? »
Ainsi, lorsque McHugh a lancé son propre laboratoire à Rice, son équipe a examiné son processus original au microscope. Sa méthode précédente consistait à couler un « seau » microscopique en PLGA pour le remplir d’un médicament, puis à ajouter un « couvercle » plat du polymère. Ils alignaient le seau et le couvercle sous un microscope spécialisé, les pressaient ensemble et les chauffaient pour former un joint. Trop d’étapes, pensa McHugh.