À l'aide d'éponges insérées dans la circulation sanguine pour absorber l'excès de médicaments, les médecins espèrent prévenir les effets secondaires dangereux des agents de chimiothérapie toxiques ou même administrer des doses plus élevées pour faire reculer les tumeurs, comme le cancer du foie, qui ne répondent pas aux traitements plus bénins.

L'« éponge médicamenteuse » est un polymère absorbant recouvrant un cylindre imprimé en 3D pour s'adapter précisément à une veine qui transporte le sang s'écoulant de l'organe cible :le foie dans le cancer du foie, par exemple. Là, il absorberait tout médicament non absorbé par la tumeur, l'empêchant d'atteindre et d'empoisonner potentiellement d'autres organes.

Dans les premiers tests chez le porc, l'absorbeur de médicament revêtu de polymère a absorbé, en moyenne, 64 pour cent d'un médicament contre le cancer du foie, l'agent chimiothérapeutique doxorubicine, injecté en amont.

"Les chirurgiens font passer un fil dans la circulation sanguine et placent l'éponge comme un stent, et laissez-le simplement pendant le temps que vous donnez à la chimiothérapie, peut-être quelques heures, " dit Nitash Balsara, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'Université de Californie, Berkeley, et chercheur universitaire au Lawrence Berkeley National Laboratory.

"Parce que c'est un appareil temporaire, il y a une barre inférieure en termes d'approbation par la FDA, " a déclaré Steven Hetts, un radiologue interventionnel à l'UC San Francisco qui a d'abord approché Balsara à la recherche d'un moyen d'éliminer les médicaments de la circulation sanguine. "Je pense que ce type de chimiofiltre est l'un des chemins les plus courts vers les patients."

La plupart des médicaments anticancéreux sont toxiques, les médecins marchent donc sur une ligne délicate lors de l'administration de la chimiothérapie. Une dose doit être suffisante pour tuer ou arrêter la croissance des cellules cancéreuses, mais pas assez élevé pour endommager irrémédiablement les autres organes du patient. Toutefois, la chimiothérapie s'accompagne généralement d'effets secondaires majeurs, y compris les nausées, vomissement, diarrhée et suppression du système immunitaire, sans parler de la chute des cheveux et des ulcères.

"Nous développons cela autour du cancer du foie car c'est une grande menace pour la santé publique - il y a des dizaines de milliers de nouveaux cas chaque année - et nous traitons déjà le cancer du foie par chimiothérapie intra-artérielle, " dit Hetts. " Mais si vous y réfléchissez, vous pouvez utiliser ce genre d'approche pour toute tumeur ou toute maladie confinée à un organe, et vous voulez absorber le médicament du côté veineux avant qu'il ne puisse se distribuer et provoquer des effets secondaires ailleurs dans le corps. En fin de compte, nous aimerions utiliser cette technologie dans d'autres organes pour traiter les tumeurs rénales et les tumeurs cérébrales."

Hetts, Balsara et leurs collègues de l'UC Berkeley, UCSF et l'Université de Caroline du Nord, Colline de la Chapelle, publiera leurs résultats en ligne le 9 janvier dans la revue ACS Science centrale , une publication en libre accès de l'American Chemical Society.

Des soins plus doux

Hetts, le chef du service de neuroradiologie interventionnelle des hôpitaux de l'UCSF Mission Bay, traite les tumeurs de l'œil et du cerveau en enfilant des cathéters dans la circulation sanguine pour administrer des médicaments de chimiothérapie directement sur le site de la tumeur. Celui-ci délivre la dose maximale à la tumeur et la dose minimale au reste du corps, minimiser les effets secondaires. C'est une grande amélioration par rapport à l'injection de médicaments de chimiothérapie directement dans la circulation sanguine, ce qui permet aux médicaments d'atteindre et d'empoisonner toutes les parties du corps et de parier que la tumeur succombe avant le patient. Néanmoins, typiquement, plus de la moitié de la dose injectée dans le corps s'échappe de l'organe cible.

Il y a plusieurs années, il a commencé à penser à une amélioration majeure :filtrer le sang sortant de l'organe ciblé pour éliminer l'excès de chimiothérapie afin que beaucoup moins de médicament atteigne le corps dans son ensemble.

Balsara, un ingénieur chimiste spécialisé dans les polymères ioniques pour batteries et piles à combustible, est l'une des personnes approchées par Hetts pour trouver un absorbeur approprié à mettre dans la circulation sanguine. En 2016, Chelea Chen, ancienne boursière postdoctorale de l'UC Berkeley et du Berkeley Lab, a identifié un polymère ionique, un peu comme les polymères utilisés dans les piles à combustible, qui absorbe efficacement la doxorubicine,

"Un absorbeur est un concept standard du génie chimique, " Balsara a déclaré. "Les absorbeurs sont utilisés dans le raffinage du pétrole pour éliminer les produits chimiques indésirables tels que le soufre. Littéralement, nous avons retiré le concept du raffinage du pétrole et l'avons appliqué à la chimiothérapie."

Ce polymère a conduit l'équipe de Balsara à une version commerciale du polymère absorbant plus facile à obtenir en grande quantité, et le postdoctorant de Berkeley, Hee Jeung Oh, ont passé plus d'un an à perfectionner un moyen de faire adhérer le polymère à un cylindre imprimé en 3D avec des entretoises entrecroisées qui pourraient être placées dans la veine d'une personne.

« L'ajustement du cylindre dans la veine est important ; si l'ajustement est mauvais, alors le sang avec le médicament dissous s'écoulera devant le cylindre sans interagir avec l'absorbant, " a déclaré Balsara. Reconnaissant la nécessité de personnaliser l'appareil pour chaque patient, Balsara a sollicité l'aide d'un collaborateur de longue date, Joseph De Simone, le PDG de Carbone, Inc., une entreprise d'impression 3D à Redwood City.

Dans les expériences rapportées dans ACS Science centrale , Hetts a implanté le dispositif imprimé en 3D dans la veine d'un porc et a mesuré la quantité de doxorubicine injectée en amont qui restait en aval de l'absorbeur. Chez un cochon en bonne santé, environ 64 pour cent du médicament a été retiré.

Ils sont actuellement en pleine expérimentation pour déterminer quelle quantité de médicament est absorbée lorsque le dispositif est mis en place à la sortie d'un foie de porc sain, bien que le vrai test soit chez l'homme, peut-être dans quelques années, dit Hetts.

"C'est une validation in vivo de premier niveau qui oui, cet appareil va lier le médicament dans la circulation sanguine, " at-il dit. " Mais l'expérimentation animale approfondie n'est pas la prochaine voie; la prochaine voie est d'obtenir l'approbation conditionnelle de la FDA pour effectuer les premières études chez l'homme, car il est beaucoup plus réaliste de les tester chez des personnes atteintes de cancer que de continuer à tester chez de jeunes porcs qui ont un foie par ailleurs en bonne santé. »

Hetts dit que la technique est supérieure à un autre traitement contre le cancer du foie actuellement en cours de test, qui nécessite une chirurgie endovasculaire majeure pour bloquer complètement les sorties du foie avec des ballons et détourner le sang sortant vers un appareil de dialyse externe, où le médicament est retiré et le sang retourné au corps.

« Il existe de nombreuses possibilités de développer des dispositifs moins invasifs qui lieront le médicament de manière plus douce, " il a dit.

Les éponges médicamenteuses pourraient être appliquées à de nombreux types de tumeurs et de médicaments de chimiothérapie, Hetts a dit, et pourrait potentiellement être utilisé pour absorber d'autres drogues dangereuses, tels que les antibiotiques puissants qui sont toxiques pour les reins mais nécessaires pour tuer un agent pathogène.

"Nous pensons qu'il s'agit d'un concept généralement applicable, " il a dit.