Des scientifiques du MIT et de plusieurs autres institutions ont conçu cette mousse qui peut délivrer des bulles de monoxyde de carbone dans le tractus gastro-intestinal et d’autres organes du corps. Crédit : avec l’aimable autorisation du laboratoire Traverso.
Les mousses qui incorporent de petites quantités de monoxyde de carbone gazeux pourraient être délivrées dans le tractus gastro-intestinal pour combattre la colite et d’autres affections.
Le monoxyde de carbone est peut-être mieux connu comme un gaz potentiellement mortel. Cependant, à petites doses, il a des effets bénéfiques : Il a été démontré qu’il réduit l’inflammation et peut aider à stimuler la régénération des tissus.
Une équipe de scientifiques vient de mettre au point un nouveau moyen d’administrer le monoxyde de carbone à l’organisme tout en contournant ses effets potentiellement nocifs. Inspiré par les techniques utilisées dans gastronomie moléculaireils ont réussi à incorporer le monoxyde de carbone dans des mousses stables qui peuvent être délivrées dans le tube digestif. L’étude a été menée par des chercheurs de MIT, Brigham and Women’s Hospital, the University of Iowa, and Beth Israel Deaconess Medical Center
In research conducted on mice, the scientists showed that these foams reduced inflammation of the colon and helped to reverse acute liver failure caused by acetaminophen overdose. According to the authors, the new technique, described on June 29, 2022, in a Science Translational Medicine paper, could also be used to deliver other therapeutic gases.
“The ability to deliver a gas opens up whole new opportunities of how we think of therapeutics. We generally don’t think of a gas as a therapeutic that you would take orally (or that could be administered rectally), so this offers an exciting new way to think about how we can help patients,” says Giovanni Traverso, the Karl van Tassel Career Development Assistant Professor of Mechanical Engineering at MIT and a gastroenterologist at Brigham and Women’s Hospital.
Traverso and Leo Otterbein, a professor of surgery at Harvard Medical School and Beth Israel Deaconess Medical Center, are the senior authors of the paper. The lead authors are James Byrne, a physician-scientist and radiation oncologist at the University of Iowa (formerly a resident in the Mass General Brigham/Dana Farber Radiation Oncology Program), and a research affiliate at MIT’s Koch Institute for Integrative Cancer Research; David Gallo, a researcher at Beth Israel Deaconess; and Hannah Boyce, a research engineer at Brigham and Women’s.
Livraison par la mousse
Depuis la fin des années 1990, Otterbein étudie les effets thérapeutiques de faibles doses de monoxyde de carbone. Il a été démontré que ce gaz a des effets bénéfiques sur la prévention du rejet des organes transplantés, la réduction de la croissance tumorale et la modulation de l’inflammation et des lésions tissulaires aiguës.
Lorsqu’il est inhalé à des concentrations élevées, le monoxyde de carbone se lie à l’hémoglobine dans le sang et empêche l’organisme d’obtenir suffisamment d’oxygène, ce qui peut entraîner de graves effets sur la santé, voire la mort. Cependant, à des doses plus faibles, il a des effets bénéfiques tels que la réduction de l’inflammation et la promotion de la régénération des tissus, indique Otterbein.
“Nous savons depuis des années que le monoxyde de carbone peut avoir des effets bénéfiques dans toutes sortes de pathologies, lorsqu’il est administré sous forme de gaz inhalé”, explique-t-il. “Cependant, il a été difficile de l’utiliser en clinique, pour un certain nombre de raisons liées à une administration sûre et reproductible, et aux préoccupations des travailleurs de la santé, ce qui a conduit les gens à vouloir trouver d’autres moyens de l’administrer.”
Il y a quelques années, Traverso et Otterbein ont été présentés par Christoph Steiger, un ancien postdoc du MIT et un auteur de la nouvelle étude. Le laboratoire de Traverso est spécialisé dans le développement de nouvelles méthodes d’administration de médicaments dans le tractus gastro-intestinal. Pour relever le défi de l’administration d’un gaz, ils ont eu l’idée d’incorporer le gaz dans une mousse, un peu comme les chefs cuisiniers utilisent le dioxyde de carbone pour créer des mousses infusées de fruits, de légumes ou d’autres saveurs.
L’équipe de recherche a également conçu des matériaux solides qui incorporent de petites bulles de gaz. Crédit : avec l’aimable autorisation du laboratoire Traverso.
Les mousses culinaires sont généralement créées en ajoutant un agent épaississant ou gélifiant à un liquide ou à un solide qui a été réduit en purée, puis en le fouettant pour incorporer de l’air ou en utilisant un siphon spécialisé qui injecte des gaz tels que le dioxyde de carbone ou l’air comprimé.
L’équipe du MIT a créé un siphon modifié qui peut être fixé à n’importe quel type de bouteille de gaz, ce qui lui permet d’incorporer du monoxyde de carbone dans sa mousse. Pour créer les mousses, ils ont utilisé des additifs alimentaires tels que l’alginate, la méthylcellulose et la maltodextrine. De la gomme de xanthane a également été ajoutée pour stabiliser les mousses. En variant la quantité de gomme xanthane, les chercheurs ont pu contrôler le temps nécessaire à la libération du gaz après l’administration des mousses.
Après avoir montré qu’ils pouvaient contrôler le moment de la libération du gaz dans le corps, les chercheurs ont décidé de tester les mousses pour quelques applications différentes. Tout d’abord, ils ont étudié deux types d’applications topiques, analogues à l’application d’une crème pour soulager les zones enflammées ou qui démangent. Dans une étude sur des souris, ils ont constaté que l’application de la mousse par voie rectale réduisait l’inflammation causée par la colite ou la proctite radio-induite (inflammation du rectum pouvant être causée par une radiothérapie pour le cancer du col de l’utérus ou la prostate).cancer).
Les traitements actuels de la colite et d’autres affections inflammatoires telles que la maladie de Crohn font généralement appel à des médicaments qui suppriment le système immunitaire, ce qui peut rendre les patients plus sensibles aux infections. Selon les chercheurs, le traitement de ces affections à l’aide d’une mousse qui peut être appliquée directement sur les tissus enflammés constitue une alternative potentielle, ou une approche complémentaire, à ces traitements immunosuppresseurs. Bien que les mousses aient été administrées par voie rectale dans cette étude, il pourrait également être possible de les administrer par voie orale, précisent les chercheurs.
“Les mousses sont très faciles à utiliser, ce qui facilitera leur application aux soins des patients”, déclare Byrne.
Contrôler la dose
Les chercheurs ont ensuite entrepris d’étudier les applications systémiques possibles, dans lesquelles le monoxyde de carbone pourrait être délivré à des organes éloignés, tels que le foie, en raison de sa capacité à se diffuser dans le corps à partir du tractus gastro-intestinal. Pour cette étude, ils ont utilisé un modèle murin de surdose d’acétaminophène, qui provoque de graves lésions hépatiques. Ils ont constaté que le gaz délivré dans le tractus gastro-intestinal inférieur pouvait atteindre le foie et réduire considérablement l’inflammation et les lésions tissulaires observées à cet endroit.
Dans ces expériences, les chercheurs n’ont constaté aucun effet indésirable après l’administration de monoxyde de carbone. Des études antérieures sur l’homme ont montré que de petites quantités de monoxyde de carbone peuvent être inhalées sans danger. Un individu en bonne santé a une concentration de monoxyde de carbone d’environ 1 % dans la circulation sanguine, et des études sur des volontaires humains ont montré que des niveaux aussi élevés que 14 % peuvent être tolérés sans effets indésirables.
“Nous pensons qu’avec la mousse utilisée dans cette étude, nous ne nous approchons même pas des niveaux qui pourraient nous inquiéter”, déclare Otterbein. “Ce que nous avons appris des essais sur les gaz inhalés nous a permis de dire qu’ils sont sûrs, tant que l’on sait et que l’on peut contrôler la quantité administrée, comme pour tout médicament. C’est un autre aspect intéressant de cette approche – nous pouvons contrôler la dose exacte.”
Dans cette étude, les chercheurs ont également créé des gels contenant du monoxyde de carbone, ainsi que des solides remplis de gaz, en utilisant des techniques similaires à celles utilisées pour fabriquer des Pop Rocks, ces bonbons durs qui contiennent des bulles de dioxyde de carbone sous pression. Ils prévoient de les tester dans le cadre d’autres études, en plus de développer les mousses pour d’éventuels tests sur des patients humains.
Référence : “Delivery of therapeutic carbon monoxide by gas-entrapping materials” par James D. Byrne, David Gallo, Hannah Boyce, Sarah L. Becker, Kristi M. Kezar, Alicia T. Cotoia, Vivian R. Feig, Aaron Lopes, Eva Csizmadia, Maria Serena Longhi, Jung Seung Lee, Hyunjoon Kim, Adam J. Wentworth, Sidharth Shankar, Ghee Rye Lee, Jianling Bi, Emily Witt, Keiko Ishida, Alison Hayward, Johannes L. P. Kuosmanen, Josh Jenkins, Jacob Wainer, Aya Aragon, Kaitlyn Wong, Christoph Steiger, William R. Jeck, Dustin E. Bosch, Mitchell C. Coleman, Douglas R. Spitz, Michael Tift, Robert Langer, Leo E. Otterbein et Giovanni Traverso, 29 juin 2022, Science Translational Medicine.
DOI: 10.1126/scitranslmed.abl4135
Cette recherche a été financée, en partie, par une bourse de jeune chercheur de la Fondation du cancer de la prostate, une bourse de jeune chercheur du Programme du cancer de la prostate du ministère de la Défense, une bourse Hope Funds for Cancer Research, l’Association des joueurs de la Ligue nationale de football, le ministère de la Défense et le département de génie mécanique du MIT.
