Un modèle montrant la lumière (rouge/jaune) pénétrant la surface du sein humain (triangles blancs). Crédit :Tim Harry
Les techniques développées par les astronomes pourraient aider à lutter contre le cancer du sein et de la peau. Charlie Jeynes de l'Université d'Exeter présentera aujourd'hui son travail et celui de l'équipe du professeur Tim Harries lors de la réunion nationale d'astronomie RAS (NAM 2019) à l'Université de Lancaster.
Une grande partie de l'astronomie repose sur la détection et l'analyse de la lumière. Par exemple, les scientifiques étudient la lumière diffusée, absorbé et réémis dans des nuages de gaz et de poussières, obtenir des informations sur leur intérieur.
Malgré les grandes différences d'échelle, les processus que subit la lumière lorsqu'elle voyage à travers le corps humain sont très similaires à ceux observés dans l'espace. Et quand les choses tournent mal, quand les tissus deviennent cancéreux, ce changement devrait apparaître.
Au Royaume-Uni, près de 60 ans, 000 femmes reçoivent un diagnostic de cancer du sein chaque année, et 12, 000 meurent. Un diagnostic précoce est essentiel, avec 90 % des femmes diagnostiquées au stade le plus précoce survivant pendant au moins cinq ans, contre 15 % pour les femmes diagnostiquées au stade le plus avancé.
Le cancer crée de minuscules dépôts de calcium dans les seins, détectée par un décalage de la longueur d'onde de la lumière lorsqu'elle traverse le tissu. L'équipe d'Exeter s'est rendu compte que les codes informatiques développés pour étudier la formation des étoiles et des planètes pouvaient être appliqués pour trouver ces gisements.
Charlie a commenté :« La lumière est fondamentale pour un large éventail de progrès médicaux, comme mesurer l'oxygénation du sang chez les bébés prématurés, ou traiter les taches de vin de Porto avec des lasers. Il y a donc un lien naturel avec l'astronomie, et nous sommes ravis d'utiliser notre travail pour lutter contre le cancer."
Des simulations de lumière proche infrarouge (NIR) pénétrant dans les tissus cutanés montrent qu'après 1 seconde d'irradiation, une tumeur (intégrée à 9 mm dans le tissu cutané) infusée de nanoparticules d'or absorbant le NIR, chauffe d'environ 3 degrés Celsius, alors qu'au bout de 10 minutes, il s'est réchauffé de plus de 20 degrés Celsius. C'est une dose thermique suffisante pour tuer les cellules cancéreuses. Crédit :Charlie Jeynes
En collaboration avec le scientifique biomédical Nick Stone, aussi à Exeter, l'équipe affine les modèles informatiques pour mieux comprendre comment la lumière détectée est affectée par les tissus humains. Ils espèrent à terme développer un test de diagnostic rapide qui évite les biopsies inutiles, améliorer les perspectives de survie de milliers de femmes. Des travaux sont déjà en cours avec des cliniciens de l'hôpital RD&E d'Exeter pour piloter la technologie et ouvrir la voie à des essais cliniques plus importants
Dans un deuxième projet, l'équipe d'Exeter utilise des modèles informatiques pour un nouveau traitement potentiel pour le cancer de la peau autre que le mélanome (NMSC). C'est le type de cancer le plus courant, avec plus de 80, 000 cas signalés en Angleterre chaque année. Le NMSC devrait coûter au NHS 180 millions de livres sterling par an d'ici 2020, un chiffre qui devrait augmenter à mesure que la maladie devient plus répandue.
En partenariat avec Alison Curnow de la faculté de médecine de l'Université d'Exeter, les scientifiques utilisent leur code pour développer un « laboratoire virtuel » simulé pour étudier le traitement du cancer de la peau. L'attaque à deux volets porte sur les médicaments activés par la lumière (thérapie photodynamique) et les nanoparticules chauffées par la lumière (thérapie photothermique).
La simulation examine comment les nanoparticules d'or dans une tumeur cutanée virtuelle sont chauffées par exposition à la lumière proche infrarouge. Après 1 seconde d'irradiation, la tumeur se réchauffe de 3 degrés Celsius. Après 10 minutes, la même tumeur est chauffée de 20 degrés, assez pour tuer ses cellules. Jusque là, la thérapie photothermique avec des nanoparticules a été efficace chez le rat, mais avec le code de l'équipe pour affiner les conditions expérimentales, ils travaillent à la traduction de la technologie pour les humains.
Un modèle informatique montrant la lumière suivant des chemins complexes lorsqu'elle traverse les tissus. Crédit :Tim Harry
Charlie a dit :« Les progrès de la science fondamentale ne devraient jamais être considérés isolément. L'astronomie ne fait pas exception, et bien qu'impossible à prévoir au départ, ses découvertes et ses techniques profitent souvent à la société. Notre travail en est un bel exemple, et je suis vraiment fier que nous aidions nos collègues médecins à mener la guerre contre le cancer."
Les prochaines étapes comprennent l'utilisation de modèles rendus en 3D à partir d'images de tumeurs réelles, et simuler la façon dont ceux-ci réagiraient à différents régimes de traitement. Des données existent sur la façon dont ces tumeurs ont répondu au traitement, ce qui donne d'excellentes données de « vérité terrain » avec lesquelles comparer les modèles. De cette façon, l'équipe sera en mesure de prédire si différents types de traitement seraient plus efficaces pour un type de tumeur particulier, et permettre aux cliniciens d'avoir plus d'options lorsqu'il s'agit de choisir un plan de traitement.
