Au cours des 40 dernières années, les scientifiques ont beaucoup appris sur la façon dont les cellules deviennent cancéreuses. Certaines de ces connaissances se sont traduites par de nouveaux traitements, mais la plupart du temps, les médecins sont obligés de se fier à la chimiothérapie et à la radiothérapie standard, qui peuvent causer presque autant de dommages aux patients qu'aux tumeurs. Cette série se penche sur les traitements ciblés qui se profilent à l'horizon, et ce qu'il faut faire pour en faire une réalité.

Doxorubicine, un médicament couramment utilisé pour traiter la leucémie et d'autres cancers, tue les cellules tumorales en endommageant leur ADN. Bien que le médicament soit efficace, il peut également être toxique pour les cellules cardiaques. En 2005, la FDA a approuvé un nouveau type de doxorubicine, connu sous le nom de Doxil. Dans cette nouvelle formule, le médicament est enveloppé dans un enrobage gras appelé liposome, ce qui entrave sa capacité à pénétrer dans les cellules cardiaques (et d'autres cellules saines).

Doxil, habituellement prescrit pour le cancer de l'ovaire à un stade avancé, représente la première génération de traitements contre le cancer délivrés par de minuscules particules. Les particules de Doxil sont à l'échelle du millionième de mètre, mais les scientifiques travaillent maintenant sur des particules de taille nanométrique, qui se mesurent en milliardièmes de mètres. De telles particules pourraient permettre aux médecins d'administrer des doses plus importantes de chimiothérapie tout en épargnant aux tissus sains des effets secondaires dangereux.

Plusieurs médicaments à base de nanoparticules sont actuellement en essais cliniques, et bien d'autres sont en cours de développement dans les laboratoires de recherche. Ces particules ont un grand potentiel pour améliorer les performances des médicaments anticancéreux existants, dit le médecin et ingénieur Sangeeta Bhatia, le professeur Wilson des sciences et technologies de la santé, du génie électrique et de l'informatique au MIT. « La chimiothérapie, la radiothérapie et la chirurgie sont ce que nous avons maintenant, mais la nanotechnologie émerge comme une approche qui complète l'arsenal existant d'outils cliniques pour avoir un impact significatif, " dit-elle.

Les liposomes ont été découverts pour la première fois il y a environ 50 ans, mais plus récemment, les scientifiques ont réalisé que les grosses molécules synthétiques (polymères) telles que le polyéthylène glycol (PEG) peuvent être non toxiques et n'induisent pas de réponse immunitaire. CHEVILLE, qui consiste en une longue chaîne d'unités répétitives appelées éthers, peut être attaché à des polymères dégradables pour former de minuscules, particules libératrices de médicaments. Ces particules sont remarquablement stables et peuvent protéger les médicaments du propre système immunitaire du corps, qui autrement pourraient les détruire avant qu'ils n'atteignent leur destination. Il y a environ 15 ans, des scientifiques dirigés par le professeur Robert Langer de l'Institut du MIT ont découvert que le PEG se prête également à la manipulation chimique, permettant aux scientifiques de créer des particules d'administration de médicaments personnalisées.

« Alors que les nanosciences ont commencé à évoluer et que nous sommes devenus aptes à créer nos propres nanoparticules, nous avons trouvé des moyens de concevoir spécifiquement des nanoparticules afin qu'elles aient les propriétés que nous voulions, " dit Paula Hammond, le professeur Bayer de génie chimique et membre de l'Institut David H. Koch pour la recherche intégrative sur le cancer au MIT. Par exemple, les scientifiques peuvent concevoir des particules pour décharger leur charge utile de médicament lorsqu'elles rencontrent des poches acides à l'intérieur d'une cellule tumorale.

Les scientifiques peuvent également cibler les nanoparticules spécifiquement pour attaquer les cellules tumorales. Il y a deux façons de le faire :une passive et une active. Dans les années 1980, les scientifiques ont réalisé que les vaisseaux sanguins entourant les tumeurs ont de minuscules trous, jusqu'à 500 nanomètres de diamètre, qui permettent aux petites particules de s'écouler de la circulation sanguine dans le liquide entourant la tumeur.

Alors que ce ciblage passif place les nanoparticules au bon endroit, les particules disparaissent après environ 12 à 24 heures, dit Hammond. « Si vous voulez que la chimiothérapie se rapproche de sa cible, alors vous devez faire quelque chose pour que la cellule cancéreuse l'absorbe, " dit-elle.

À cette fin, elle et Bhatia travaillent sur de nouvelles façons de cibler activement les nanoparticules en les décorant de molécules qui se lient aux protéines présentes en grande quantité sur les cellules tumorales. Par exemple, ils peuvent attacher des protéines qui se lient aux récepteurs du folate, qui sont situés en haute densité sur les cellules cancéreuses car les cellules ont besoin de grandes quantités de folate pour produire un nouvel ADN lors de leur division. Cependant, des récepteurs de folate se trouvent également sur les cellules saines, en plus petit nombre, il y a donc toujours un risque d'effets secondaires indésirables.

Pour aider à surmonter cet obstacle, un collaborateur de Bhatia, Erkki Ruoslahti à l'Université de Californie à Santa Barbara, a été le pionnier d'une nouvelle façon de cribler des bibliothèques de protéines pour identifier celles qui se lieront exclusivement aux cellules tumorales. Cette approche a permis de trouver des centaines de nouveaux candidats, dit Bhatia, qui est également membre du Koch Institute et du Howard Hughes Medical Institute.

De nombreuses utilisations des nanoparticules

D'autres approches nanotechnologiques du cancer tirent parti des propriétés physiques uniques de certaines nanoparticules. Par exemple, les nanoparticules d'or absorbent différentes fréquences de lumière en fonction de leur forme. Les particules en forme de bâtonnet absorbent la lumière proche infrarouge, qui peut traverser la peau. L'année dernière, Bhatia et un de ses élèves, Geoffroy von Maltahn, ont démontré qu'ils pouvaient injecter des nanotiges d'or à des souris, et que ces nanotiges s'accumuleraient sur les sites tumoraux. Une fois les nanotiges dans les tumeurs, les chercheurs les ont chauffés avec de la lumière proche infrarouge, élever la température à 70 degrés C, assez chaud pour tuer les cellules tumorales sans endommager les tissus sains avoisinants. La technique peut également être utilisée pour imager des cellules tumorales.

Une autre application prometteuse pour les nanoparticules est l'interférence ARN - de minuscules brins d'ARN qui peuvent empêcher les cellules de produire les protéines codées par les gènes cancéreux. En s'appuyant sur cette idée, Hammond travaille maintenant sur des nanoparticules qui donneraient un coup de poing, couches alternées d'ARN et de médicaments de chimiothérapie.

Jusque là, Doxil est l'un des deux seuls médicaments anticancéreux liposomaux désormais approuvés aux États-Unis, mais d'autres médicaments à base de nanoparticules sont actuellement en cours d'essais cliniques. Les essais cliniques devraient bientôt commencer pour les nanoparticules conçues par Langer, membre de l'Institut Koch, Omid Farokhzad, professeur agrégé à la Harvard Medical School, et d'autres. Ces nanoparticules délivreront le docétaxel, un médicament chimiothérapeutique, aux patients atteints d'un cancer de la prostate. Dans les études animales, les particules ont montré une augmentation de 20 fois de la concentration au site de la tumeur avec des effets secondaires minimes.

Comme pour tout nouveau type de traitement médical, les chercheurs évaluent également les risques pour la sécurité. Au cours des dernières années, un nouveau domaine de la nanotoxicologie a vu le jour pour étudier les risques que les nanoparticules pourraient présenter pour l'homme. A l'échelle nanométrique, les matériaux prennent souvent de nouvelles caractéristiques - par exemple, les nanoparticules ont un rapport surface/volume beaucoup plus élevé que les particules plus grosses, ce qui est important car l'essentiel de leur activité se déroule en surface, dit Vladimir Torchiline, directeur du Centre de biotechnologie pharmaceutique et de nanomédecine de la Northeastern University.

Cependant, il dit, les essais cliniques devraient révéler si une nanoparticule donnée est sûre ou dangereuse, tout comme ils le font pour les médicaments traditionnels. « Jusqu'à présent, c'est assez difficile à dire, à l'avant, ça peut être dangereux à cause de ça, ça ou ça, " dit Torchilin, qui développe des nanoparticules pour le traitement du cancer.

En 2007, un groupe de travail de la FDA sur la nanotechnologie a recommandé que l'agence élabore de nouvelles directives pour déterminer comment réglementer les produits nanotechnologiques. En attendant, les essais cliniques impliquant des nanoparticules se déroulent comme n'importe quel essai clinique de médicament. CHEVILLE, qui est le composant principal de nombreuses nanoparticules libératrices de médicaments, appartient à la catégorie des substances de la FDA « généralement reconnues comme sûres ».

Hammond est optimiste que la nanotechnologie finira par aider les patients atteints de cancer, peut-être dans les trois à cinq prochaines années. "Je pense que cela offre beaucoup trop d'avantages pour que nous puissions nous en éloigner, " dit-elle.