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Des scientifiques de l'ETH Zurich ont mis au point une méthode permettant de libérer des médicaments dans le cerveau à des endroits précisément définis. Cela pourrait permettre à l'avenir de ne délivrer des psychotropes, des agents chimiothérapeutiques et d'autres médicaments que dans les régions du cerveau où cela est souhaité pour des raisons médicales.
Aujourd'hui, c'est pratiquement impossible: les drogues pénètrent dans tout le cerveau et le corps par le sang, ce qui, dans certains cas, est à l'origine d'effets secondaires. La nouvelle méthode est non invasive - la libération précise du médicament dans le cerveau est contrôlée de l'extérieur de la tête à l'aide d'ultrasons. C'est ce qu'ont rapporté les scientifiques dirigés par Mehmet Fatih Yanik, professeur de neurotechnologie, dans la revue Nature Communications.
Afin d'empêcher une substance active de développer son activité dans l'ensemble du corps et du cerveau, la nouvelle méthode utilise des supports spéciaux qui enveloppent la substance active dans des vésicules lipidiques sphériques fixées à des microbulles contenant des gaz et sensibles aux ultrasons. Ceux-ci sont injectés dans le sang et atteignent ainsi le cerveau.
Dans un processus en deux étapes, les scientifiques utilisent ensuite des ultrasons focalisés. Les ultrasons focalisés sont déjà utilisés en médecine du cancer pour détruire les tissus cancéreux en des points précis du tissu. Dans la nouvelle application, cependant, les scientifiques travaillent avec une énergie beaucoup plus faible, qui n'endommage pas les tissus.
Enrichir les drogues avec du son
Dans un premier temps, les scientifiques utilisent des ondes ultrasonores de faible énergie pour enrichir les porteurs de médicaments à l'endroit souhaité dans le cerveau. «On peut imaginer que nous utilisons des impulsions ultrasonores pour créer une sorte de cage d'ondes sonores virtuelle à l'endroit désiré. Sous l'effet de la circulation sanguine, les vecteurs de la drogue sont évacués dans tout le cerveau. Ceux qui entrent dans la cage ne peuvent cependant pas trouver la sortie», explique le professeur Yanik.
Dans un deuxième temps, les scientifiques utilisent une énergie ultrasonore plus élevée pour faire vibrer les transporteurs de médicaments à cet endroit. Les forces de frottement détruisent la membrane extérieure des récipients, le principe actif est libéré et absorbé à cet endroit par le tissu nerveux.
Les scientifiques ont démontré l'efficacité de la nouvelle méthode lors d'expériences sur des rats. Ils ont encapsulé un neuro-inhibiteur dans le vecteur du médicament. Cela leur a permis de bloquer un réseau neuronal spécifique qui relie deux zones du cerveau. Lors des expériences, les scientifiques ont pu montrer que seule cette partie du réseau était spécifiquement bloquée et que la drogue n'agissait pas dans tout le cerveau.
Une administration plus efficace des médicaments
«Comme notre méthode nous permet d'accumuler les médicaments dans le corps là où leur effet est souhaité, une dose beaucoup plus faible est suffisante», explique Mehmet Fatih Yanik. Pour leur expérience sur les rats, par exemple, ils ont eu besoin de 1300 fois moins de substance active que ce qui serait normalement nécessaire.
D'autres scientifiques ont déjà essayé d'utiliser des ultrasons focalisés pour améliorer l'administration de médicaments à certaines régions du cerveau. Dans ces approches, cependant, les ingrédients actifs n'étaient pas enrichis localement, mais les vaisseaux sanguins étaient endommagés localement afin d'augmenter le transport de l'ingrédient actif du sang vers le tissu nerveux. Toutefois, cette approche peut avoir des conséquences néfastes à long terme. «Dans notre approche, la barrière physiologique de la circulation sanguine et du tissu nerveux reste intacte», souligne le professeur Yanik.
Les scientifiques testent actuellement l'efficacité de leur méthode sur des modèles animaux de maladies mentales et de troubles neurologiques, par exemple pour traiter les troubles anxieux et les tumeurs cérébrales dans des endroits inaccessibles à la chirurgie. Ce n'est qu'une fois que l'efficacité et les avantages de la méthode auront été confirmés chez les animaux que les chercheurs pourront faire progresser l'utilisation de la méthode chez l'homme.
Ce projet de recherche a été financé par le programme de financement «Horizon 2020» de l'Union européenne.