(PhysOrg.com) -- En utilisant des nanocages en or faciles à préparer qui sont capables de s'échapper de la circulation sanguine et de s'accumuler dans les tumeurs, une équipe de chercheurs de l'Université de Washington à St. Louis a montré qu'ils peuvent utiliser la lumière laser pour tuer les tumeurs humaines chez la souris. Les résultats de cette étude, qui était dirigé par Younan Xia et Michael Welch, ont été publiés dans la revue Petit .
Bien que l'utilisation de nanocages en or pour traiter le cancer humain soit encore à plusieurs années des essais cliniques, les chercheurs sont encouragés par leurs récentes découvertes. "Nous avons vu des changements significatifs dans le métabolisme et l'histologie de la tumeur, " dit le Dr Welch, "ce qui est remarquable étant donné que le travail était exploratoire, la 'dose' laser n'avait pas été maximisée, et les tumeurs étaient ciblées « passivement » plutôt qu'« activement ».
Les nanocages elles-mêmes sont inoffensives en l'absence d'énergie lumineuse. "Les sels d'or et les colloïdes d'or sont utilisés pour traiter l'arthrite depuis plus de 100 ans, " dit le Dr Welch. " Les gens savent ce que fait l'or dans le corps et il est inerte, nous espérons donc que ce sera une approche non toxique. »
Les nanocages d'or sont des boîtes creuses fabriquées en précipitant de l'or sur des nanocubes d'argent. L'argent s'érode simultanément de l'intérieur du cube, entrant dans la solution par des pores qui s'ouvrent dans les coins coupés du cube. Suspensions des nanocages d'or, qui ont à peu près la même taille qu'une particule virale, ne sont pas toujours jaunes, comme on pouvait s'y attendre, mais au lieu de cela peut être n'importe quelle couleur dans l'arc-en-ciel. La couleur d'une suspension de nanocages dépend de l'épaisseur des parois des cages et de la taille des pores de ces parois. Comme leur couleur, leur capacité à absorber la lumière et à la convertir en chaleur peut être contrôlée avec précision. "La clé de la thérapie photothermique, " dit le Dr Xia, "est la capacité des cages à absorber efficacement la lumière et à la convertir en chaleur."
Les nanocages en or sont colorées grâce à un procédé connu sous le nom de résonance plasmonique de surface. Certains des électrons de l'or ne sont pas ancrés à des atomes individuels mais forment à la place un gaz d'électrons flottant librement, Le Dr Xia explique. La lumière tombant sur ces électrons peut les conduire à osciller comme un seul. Cette oscillation collective, le plasmon de surface, choisit une longueur d'onde particulière, ou couleur, hors de la lumière incidente, et cela détermine la couleur que prend une nanocage d'or donnée en solution. La résonance - et la couleur - peuvent être réglées sur une large gamme de longueurs d'onde en modifiant l'épaisseur des parois des cages. Pour les applications biomédicales, Le Dr Xia et ses collègues ont réglé les cages pour absorber la lumière à 800 nanomètres, une longueur d'onde qui tombe dans une fenêtre de transparence tissulaire comprise entre 750 et 900 nanomètres, dans le proche infrarouge du spectre. La lumière dans ce sweet spot peut pénétrer jusqu'à plusieurs centimètres dans le corps (soit à partir de la peau ou de l'intérieur du tractus gastro-intestinal ou d'autres systèmes organiques).
La conversion de la lumière en chaleur résulte du même effet physique que la couleur. La résonance plasmonique de surface comporte deux parties. A la fréquence de résonance, la lumière est généralement à la fois dispersée hors des cages et absorbée par celles-ci. En contrôlant la taille des cages, Le Dr Xia et ses collaborateurs les adaptent pour obtenir une absorption maximale. Ils affinent également la capacité des nanocages à rester dans la circulation sanguine en les enrobant d'un polymère biocompatible connu sous le nom de polyéthylène glycol (PEG).
Dans le laboratoire du Dr Welch, les souris portant des tumeurs sur les deux flancs ont été réparties au hasard en deux groupes. Les souris d'un groupe ont reçu une injection de nanocages recouvertes de PEG et celles de l'autre de solution tampon. Plusieurs jours plus tard, la tumeur droite de chaque animal a été exposée à un laser à diode pendant 10 minutes. L'équipe a ensuite utilisé plusieurs techniques d'imagerie non invasives différentes pour suivre les effets de la thérapie. Pendant l'irradiation, des images thermiques des souris ont été réalisées avec une caméra infrarouge. Comme c'est le cas pour d'autres animaux qui régulent automatiquement leur température corporelle, les cellules de souris ne fonctionnent de manière optimale que si la température corporelle de la souris reste comprise entre 36,5 et 37,5 degrés Celsius. À des températures supérieures à 42 degrés Celsius (107 degrés Fahrenheit), les cellules commencent à mourir alors que les protéines dont le bon fonctionnement les maintient commencent à se déployer.
Les images infrarouges réalisées alors que les tumeurs étaient irradiées avec un laser montrent que chez les souris injectées dans des nanocages, la surface de la tumeur est rapidement devenue suffisamment chaude pour tuer les cellules. Chez les souris injectées de tampon, la température a à peine bougé. En effet, chez les souris injectées dans des nanocages, la température de surface de la peau a augmenté rapidement de 32 degrés Celsius à 54 degrés C, tandis que dans les souris injectées de tampon, la température de surface est restée inférieure à la température corporelle normale de 37 degrés Celsius.
Pour voir quel effet ce chauffage a eu sur les tumeurs, les souris ont reçu une injection d'un agent de contraste de tomographie par émission de positons (TEP) qui est utilisé pour mesurer le métabolisme cellulaire. Les tumeurs des souris injectées dans des nanocages étaient significativement plus faibles sur les TEP que celles des souris injectées dans du tampon, indiquant que de nombreuses cellules tumorales ne fonctionnaient plus. Les analyses d'émission de positons effectuées après le traitement photothermique ont montré que les tumeurs chez les souris injectées dans du tampon étaient toujours métaboliquement actives, alors que ceux des souris injectées dans des nanocages ne l'étaient pas. Cette spécificité est ce qui rend la thérapie photothermique si attractive en tant que thérapie anticancéreuse. Les tumeurs des souris traitées par nanocage se sont révélées plus tard présenter des signes histologiques marqués de dommages cellulaires.
Malgré ces résultats, Le Dr Xia n'est pas satisfait du ciblage passif. Bien que les tumeurs aient pris suffisamment de nanocages d'or pour leur donner une fonte noire, seulement 6 pour cent des particules injectées se sont accumulées sur le site de la tumeur. Il aimerait que ce nombre soit plus proche de 40 pour cent afin que moins de particules devraient être injectées. Il prévoit d'attacher des ligands sur mesure aux nanocages qui reconnaissent et se verrouillent sur les récepteurs à la surface des cellules tumorales. En plus de concevoir des nanocages qui ciblent activement les cellules tumorales, l'équipe envisage de charger les particules creuses avec un médicament anticancéreux, de sorte que la tumeur serait attaquée sur deux fronts.
Ce travail, qui a été soutenu par l'Institut national du cancer, est détaillé dans l'article "Gold Nanocages as Photothermal Transducers for Cancer Treatment". Un résumé de cet article est disponible sur le site Web de la revue.
