Des ingénieurs du MIT ont mis au point une méthode permettant de conditionner des médicaments à base d'anticorps en particules minuscules et hautement concentrées, administrables à l'aide d'une seringue standard. Cette avancée pourrait transformer les perfusions hospitalières de plusieurs heures en injections rapides, facilitant ainsi l'accès à des traitements vitaux.
Pour de nombreuses personnes atteintes de cancer, de maladies auto-immunes ou d'infections graves, le traitement se traduit par de longues heures passées à l'hôpital, sous perfusion intraveineuse d'anticorps. Une nouvelle technologie mise au point par des ingénieurs du MIT laisse entrevoir un avenir où bon nombre de ces médicaments pourraient être administrés en quelques minutes grâce à une simple injection.
L'équipe a mis au point une méthode permettant de transformer les solutions d'anticorps, généralement trop diluées et trop visqueuses pour être injectables, en minuscules particules solides en suspension dans un liquide. Chaque particule est saturée d'anticorps à une concentration suffisamment élevée pour qu'une dose complète puisse être contenue dans environ 2 millilitres, soit le volume d'une injection sous-cutanée classique.
Si cette approche se concrétise en clinique, elle pourrait rendre les thérapies par anticorps puissantes beaucoup plus pratiques et accessibles, notamment pour les personnes qui ont du mal à se rendre dans les centres de perfusion.
Talia Zheng, auteure principale et étudiante diplômée du MIT, a souligné que les changements démographiques rendent ce type d'innovation urgent.
« Face au vieillissement de la population mondiale, il est essentiel de rendre le processus de traitement plus pratique et accessible à ces populations », a-t-elle déclaré dans un communiqué de presse.
La recherche est publié dans la revue Advanced Materials.
Des anticorps dans un sachet, pas dans une seringue
Les anticorps thérapeutiques, comme le rituximab utilisé pour certains cancers, sont de grosses protéines complexes dissoutes dans des solutions aqueuses. Ils servent à traiter un large éventail de pathologies, allant des tumeurs et des maladies infectieuses aux maladies auto-immunes telles que la polyarthrite rhumatoïde, les maladies inflammatoires de l'intestin et la sclérose en plaques.
Aujourd'hui, ces médicaments sont généralement formulés à de faibles concentrations, de l'ordre de 10 à 30 milligrammes d'anticorps par millilitre de liquide. Cela signifie qu'une seule dose peut nécessiter au moins 100 millilitres de liquide, une quantité bien trop importante pour être injectée par une fine aiguille dans les tissus sous-cutanés.
Pour réduire ce volume à une solution injectable, les fabricants de médicaments devraient multiplier la concentration par dix environ, pour atteindre 300 milligrammes par millilitre, voire plus. Or, lorsqu'on tente de concentrer des formulations existantes, le liquide devient extrêmement visqueux et résiste à l'écoulement dans une seringue.
« Il est impossible de concentrer les formulations existantes à de telles concentrations », a déclaré Patrick Doyle, professeur de génie chimique Robert T. Haslam au MIT et auteur principal de l'étude, dans le communiqué de presse. « Elles seraient très visqueuses et dépasseraient le seuil de pression injectable chez un patient. »
En 2023, le laboratoire de Doyle a démontré que encapsulation d'anticorps dans des particules d'hydrogel pourrait augmenter la concentration, mais cette méthode antérieure reposait sur la centrifugation — la rotation des échantillons à grande vitesse — une étape difficile à industrialiser.
Des émulsions aux particules d'anticorps solides
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont opté pour une approche différente qui évite la centrifugation et qui est conçue en vue d'une production à grande échelle.
Ils ont commencé par créer une émulsion, un mélange de deux liquides non miscibles, comme l'huile et le vinaigre. Dans ce cas précis, de minuscules gouttelettes d'une solution aqueuse d'anticorps sont en suspension dans un solvant organique appelé pentanol.
L'équipe a ajouté à l'intérieur de chaque gouttelette une petite quantité de polyéthylène glycol (PEG), un polymère couramment utilisé dans les médicaments et les produits de consommation. Le PEG contribue à stabiliser les anticorps lors de la déshydratation des gouttelettes.
En éliminant soigneusement l'eau des gouttelettes, les chercheurs ont pu obtenir des particules solides composées presque entièrement d'anticorps, avec une concentration d'environ 360 milligrammes par millilitre, supérieure à celle nécessaire pour la plupart des formulations injectables.
Une fois les particules solides formées, le pentanol environnant a été éliminé et remplacé par une solution aqueuse similaire aux solutions actuellement utilisées pour les perfusions d'anticorps par voie intraveineuse : de l'eau contenant des sels dissous et une faible quantité de polymère stabilisant. On obtient ainsi une suspension de particules riches en anticorps dans un liquide qui reste perméable à l'aiguille.
Point essentiel, le processus d'assemblage peut être réalisé rapidement grâce à des dispositifs microfluidiques — des systèmes qui contrôlent avec précision de minuscules flux de fluide — et ne nécessite pas de centrifugation. Il est ainsi plus compatible avec les équipements d'émulsification industriels et les bonnes pratiques de fabrication (BPF).
« Notre première approche était un peu brutale, et lorsque nous avons développé cette nouvelle approche, nous nous sommes dit qu'elle devait être simple pour être meilleure et évolutive », a ajouté Doyle.
Conçu pour être injectable
Pour être utiles en clinique, les nouvelles formulations doivent non seulement être concentrées, mais aussi faciles à injecter.
L'équipe du MIT a démontré qu'elle pouvait moduler la taille des particules, d'un diamètre d'environ 60 à 200 microns, en ajustant les débits dans son dispositif microfluidique. Pour les tests d'injectabilité, elle s'est concentrée sur des particules d'environ 100 microns de diamètre.
À l'aide d'un testeur de force mécanique, ils ont mesuré la force nécessaire pour actionner le piston d'une seringue remplie de la suspension de particules. La force requise était inférieure à 20 newtons, soit bien en deçà du seuil généralement considéré comme acceptable pour les injections sous-cutanées.
« Cela représente moins de la moitié de la force maximale acceptable que l'on cherche généralement à atteindre, c'est donc très facile à injecter », a ajouté Zheng.
Les chercheurs ont calculé qu'avec une seringue standard de 2 millilitres, il était possible d'administrer plus de 700 milligrammes d'anticorps en une seule injection. Cette dose est suffisante pour de nombreuses thérapies par anticorps existantes.
L'équipe a également constaté que leurs formulations restaient stables pendant au moins quatre mois lorsqu'elles étaient conservées au réfrigérateur, un facteur important à prendre en compte pour leur utilisation concrète dans les cliniques et les pharmacies.
Que ce passe t-il après
Jusqu'à présent, les travaux ont porté sur la formulation physique et l'injectabilité des particules d'anticorps, et non sur leur efficacité in vivo. Les prochaines étapes pour les chercheurs consistent à évaluer l'efficacité thérapeutique et l'innocuité de ces formulations sur des modèles animaux.
Ils travaillent également à l'extrapolation du processus de fabrication au-delà du laboratoire, en utilisant des systèmes d'émulsification plus grands qui pourraient produire suffisamment de matière pour des tests approfondis et, éventuellement, des essais sur l'homme si l'approche s'avère prometteuse.
Si elle s'avère concluante, cette technologie pourrait permettre de transférer de nombreux traitements par anticorps des centres de perfusion hospitaliers vers les cliniques ambulatoires, les cabinets médicaux, voire les soins à domicile, à l'instar de l'insuline et de certains médicaments biologiques déjà administrés.
Ce changement permettrait non seulement de gagner du temps pour les patients et les soignants, mais pourrait également réduire les coûts et alléger la pression sur les systèmes de santé, d'autant plus que la demande en thérapies par anticorps continue de croître.