Les patients atteints de cancer à un stade avancé doivent souvent suivre plusieurs séries de traitements variés, ce qui peut entraîner des effets secondaires indésirables et ne pas toujours être efficace.
Dans le but d’élargir les options de traitement pour ces patients, des chercheurs du MIT ont développé de minuscules particules pouvant être implantées sur un site tumoral pour délivrer deux types de thérapie : la chaleur et la chimiothérapie.
Cette méthode pourrait éviter les effets secondaires souvent associés à l’administration intraveineuse de la chimiothérapie, et l’effet synergique des deux thérapies pourrait prolonger la vie des patients plus efficacement qu’un traitement unique. Dans une étude menée sur des souris, les chercheurs ont démontré que cette thérapie éliminait complètement les tumeurs chez la plupart des animaux et prolongeait considérablement leur survie.
« Un des cas où cette technologie pourrait être particulièrement utile est pour contrôler la croissance de tumeurs à développement très rapide », explique Ana Jaklenec, chercheuse principale à l’Institut Koch pour la recherche intégrative sur le cancer du MIT. « L’objectif serait d’obtenir un certain contrôle sur ces tumeurs pour les patients qui ont peu d’options, ce qui pourrait prolonger leur vie ou au moins améliorer leur qualité de vie durant cette période. »
Jaklenec est l’un des auteurs principaux de cette nouvelle étude, aux côtés d’Angela Belcher, professeure James Mason Crafts de génie biologique et de science et d’ingénierie des matériaux et membre de l’Institut Koch, et de Robert Langer, professeur au MIT Institute et membre de l’Institut Koch. Maria Kanelli, ancienne postdoctorante au MIT, est l’auteur principal de l’étude. L’article est publié aujourd’hui dans la revue ACS Nano.
Bithérapie
Les patients atteints de tumeurs avancées subissent généralement une combinaison de traitements, tels que la chimiothérapie, la chirurgie et la radiothérapie. La photothérapie est un traitement plus récent qui consiste à implanter ou à injecter des particules chauffées par un laser externe, augmentant leur température suffisamment pour détruire les cellules tumorales voisines sans endommager les autres tissus.
Les approches actuelles de photothérapie dans les essais cliniques utilisent des nanoparticules d’or, qui émettent de la chaleur lorsqu’elles sont exposées à une lumière proche infrarouge.
L’équipe du MIT cherchait un moyen de combiner la photothérapie et la chimiothérapie, ce qui, selon eux, pourrait simplifier le processus de traitement pour le patient et avoir des effets synergiques. Ils ont choisi d’utiliser un matériau inorganique appelé sulfure de molybdène comme agent photothérapeutique. Ce matériau convertit très efficacement la lumière laser en chaleur, permettant l’utilisation de lasers de faible puissance.
Pour créer une microparticule capable d’administrer ces deux traitements, les chercheurs ont combiné des nanofeuilles de bisulfure de molybdène avec de la doxorubicine, un médicament hydrophile, ou de la violacéine, un médicament hydrophobe. Pour fabriquer les particules, le bisulfure de molybdène et le produit chimiothérapeutique sont mélangés à un polymère appelé polycaprolactone, puis séchés pour former un film qui peut être pressé en microparticules de différentes formes et tailles.
Pour cette étude, les chercheurs ont créé des particules cubiques d’une largeur de 200 micromètres. Une fois injectées dans un site tumoral, les particules y restent pendant toute la durée du traitement. Au cours de chaque cycle de traitement, un laser externe proche infrarouge est utilisé pour chauffer les particules. Ce laser peut pénétrer jusqu’à une profondeur de quelques millimètres à quelques centimètres, avec un effet local sur les tissus.
« L’avantage de cette plateforme est qu’elle peut réagir à la demande de manière pulsatile », explique Kanelli. « Vous l’administrez une fois par injection intratumorale, puis à l’aide d’une source laser externe, vous pouvez activer la plateforme, libérer le médicament et en même temps réaliser l’ablation thermique des cellules tumorales. »
Pour optimiser le protocole de traitement, les chercheurs ont utilisé des algorithmes d’apprentissage automatique pour déterminer la puissance du laser, la durée d’irradiation et la concentration de l’agent photothérapeutique qui conduiraient aux meilleurs résultats.
Cela les a amenés à concevoir un cycle de traitement au laser qui dure environ trois minutes. Pendant ce temps, les particules sont chauffées à environ 50 degrés Celsius, ce qui est suffisamment chaud pour tuer les cellules tumorales. Également à cette température, la matrice polymère à l’intérieur des particules commence à fondre, libérant une partie du médicament chimiothérapeutique contenu dans la matrice.
« Ce système laser optimisé pour l’apprentissage automatique nous permet réellement de déployer une chimiothérapie localisée à faible dose en tirant parti de la pénétration tissulaire profonde de la lumière proche infrarouge pour une thérapie photothermique pulsatile à la demande. Cet effet synergique se traduit par une faible toxicité systémique par rapport aux schémas de chimiothérapie conventionnels », explique Neelkanth Bardhan, chercheur scientifique sur Break Through Cancer au Belcher Lab et deuxième auteur de l’article.
Éliminer les tumeurs
Les chercheurs ont testé le traitement par microparticules sur des souris à qui on a injecté un type agressif de cellules cancéreuses provenant de tumeurs du sein triple négatives. Une fois les tumeurs formées, les chercheurs ont implanté environ 25 microparticules par tumeur, puis ont effectué le traitement au laser trois fois, avec trois jours entre chaque traitement.
« Il s’agit d’une démonstration puissante de l’utilité des systèmes matériels sensibles au proche infrarouge », déclare Belcher, qui, avec Bardhan, a déjà travaillé sur des systèmes d’imagerie proche infrarouge pour des applications de diagnostic et de traitement du cancer de l’ovaire. « Contrôler la libération du médicament à intervalles réguliers avec la lumière, après une seule dose d’injection de particules, change la donne pour des options de traitement moins douloureuses et peut conduire à une meilleure observance du patient. »
Chez les souris ayant reçu ce traitement, les tumeurs ont été complètement éradiquées et les souris ont vécu beaucoup plus longtemps que celles ayant reçu soit une chimiothérapie, soit une photothérapie seule, ou aucun traitement. Les souris ayant subi les trois cycles de traitement ont également obtenu de bien meilleurs résultats que celles ayant reçu un seul traitement au laser.
Le polymère utilisé pour fabriquer les particules est biocompatible et a déjà été approuvé par la FDA pour les dispositifs médicaux. Les chercheurs espèrent maintenant tester les particules sur des modèles animaux plus grands, dans le but de les évaluer éventuellement dans le cadre d’essais cliniques. Ils s’attendent à ce que ce traitement soit utile pour tout type de tumeur solide, y compris les tumeurs métastatiques.
La recherche a été financée par la Fondation Bodossaki, la Fondation Onassis, une bourse internationale d’oncologie Mazumdar-Shaw, une bourse du National Cancer Institute et la subvention de soutien (de base) de l’Institut Koch du National Cancer Institute.
