Une classe de nanoparticules artificielles - des sphères centrées sur l'or plus petites que des virus - s'est avérée sûre lorsqu'elle est administrée par deux voies alternatives dans une étude sur la souris menée par des chercheurs de la faculté de médecine de l'Université de Stanford. Il s'agit de la première étape de l'échelle des études toxicologiques qui, d'ici un an et demi, pourrait donner lieu à des essais sur l'homme des minuscules agents de détection du cancer colorectal et peut-être d'autres cancers.

"L'absence de toxicité de ces nanoparticules chez la souris est un bon signe qu'elles se comporteront bien chez l'homme, " a déclaré Sanjiv Sam Gambhir, MARYLAND, Doctorat, professeur de radiologie et auteur principal de l'étude, qui sera publié le 20 avril comme article vedette dans Science Médecine translationnelle .

« Dépistage précoce de tout cancer, dont le cancer colorectal, améliore considérablement la survie, " dit Gambhir. Par exemple, l'utilisation généralisée de la coloscopie a considérablement réduit les taux de mortalité par cancer du côlon, il a dit. "Mais la coloscopie repose sur l'œil humain. Donc cet outil de dépistage, bien qu'extrêmement utile, manque encore de nombreuses lésions cancéreuses telles que celles qui sont trop petites, obscur ou plat pour être remarqué."

Un moyen prometteur de détecter précocement les lésions cancéreuses consiste à employer des rapporteurs moléculaires attirés par les sites des lésions cancéreuses. Une méthode utilisée implique des colorants fluorescents couplés à des anticorps qui reconnaissent et se lient aux caractéristiques de surface des cellules cancéreuses.

Mais cette approche a ses inconvénients, dit Gambhir, qui est le directeur du programme d'imagerie moléculaire à Stanford. Les propres tissus du corps sont également légèrement fluorescents, compliquer les tentatives de localisation des sites tumoraux. Plus, la gamme restreinte de couleurs auxquelles les colorants apposés sur les anticorps émettent une fluorescence limite le nombre de caractéristiques différentes associées aux tumeurs qui peuvent être identifiées simultanément. Certaines versions de cette approche se sont également révélées toxiques pour les cellules.

La nouvelle étude est la toute première démonstration réussie de l'innocuité d'une nouvelle classe d'agents :de minuscules billes d'or recouvertes de matériaux conçus pour être détectés avec une très haute sensibilité, puis enfermés dans des coques de silice transparentes et liés à des molécules de polyéthylène glycol pour les rendre plus écologiques. Des molécules qui se concentrent sur les cellules cancéreuses peuvent y être fixées. Les nanoparticules qui en résultent mesurent à peine 100 nanomètres de diamètre.

Les matériaux entourant les centres d'or des nanoparticules ont des propriétés spéciales, si subtil, propriétés optiques. Typiquement, la lumière rebondit sur la surface d'un matériau à la même longueur d'onde qu'elle avait lorsqu'elle a frappé la surface. Mais dans chacun des matériaux spécialisés, environ un dix millionième de la lumière entrante rebondit dans un motif de longueurs d'onde discrètes caractéristiques de ce matériau. Les noyaux d'or sous-jacents ont été rugueux d'une manière qui amplifie considérablement ce que l'on appelle "l'effet Raman, " permettant la détection simultanée de nombreux matériaux d'imagerie différents par un instrument sensible appelé microscope Raman.

Les nanoparticules de ce type étaient à l'origine utilisées dans les encres à monnaie, pour les rendre difficiles à contrefaire. Mais le laboratoire de Gambhir, en collaboration avec Oxonica Matériaux, une petite entreprise appartenant à Cabot Corp., basée à Boston, les a adaptés pour un usage biologique.

"La photo-imagerie avec ces nanoparticules promet une détection très précoce des maladies, avant même que des changements anatomiques bruts n'apparaissent, sans retirer physiquement aucun tissu du patient, " dit Gambhir, qui est aussi Virginia et D.K. Professeur Ludwig de recherche sur le cancer. Mais jusqu'à maintenant, il n'y a aucune preuve que ces particules ne seront pas toxiques. Les effets potentiels de tout ce qui est si petit qu'il peut être absorbé par les cellules ne peuvent pas être tenus pour acquis.

Pour voir si cette préoccupation pouvait être apaisée, les chercheurs ont administré les nanoparticules à deux groupes de souris, chacun composé de 30 mâles et 30 femelles, et évalué la toxicité de diverses manières. Dans chaque cas, la dose était de 1, 000 fois plus grand que ce qui serait nécessaire pour obtenir un signal clair des nanoparticules.

Le premier groupe de 60 souris a reçu les nanoparticules par voie rectale. Les chercheurs ont poursuivi avec une série de mesures à cinq moments différents allant de cinq minutes à deux semaines. Ils ont surveillé la tension artérielle des animaux de test, électrocardiogrammes et numération des globules blancs. Ils ont examiné plusieurs tissus pour des augmentations de l'expression d'enzymes antioxydantes ou de protéines de signalisation pro-inflammatoires, ce qui suggérerait un stress physiologique sur les cellules des animaux. Ils ont coloré les tissus avec des colorants qui signalent les cellules mourantes.

Ces inspections n'ont révélé pratiquement aucun signe de stress sur les tissus, et aucune du tout deux semaines après le moment de l'administration. Surtout, l'équipe a inspecté les tissus par microscopie électronique pour découvrir où les particules contenant de l'or s'étaient logées. Ils n'ont trouvé d'or nulle part en dehors de l'intestin, indiquant que les nanoparticules sont restées confinées à cet organe et donc, lorsqu'il est administré par voie rectale, ne présentait aucune menace de toxicité systémique. Par ailleurs, les nanoparticules ont été rapidement excrétées.

"Cela abaisse la barre pour les tests de ces agents par la Food and Drug Administration pour une utilisation dans la détection des cancers colorectaux, parce qu'il répond aux inquiétudes concernant la toxicité systémique, " dit Gambhir.

Cependant, même si les nanoparticules s'étaient déplacées au-delà de l'intestin, il semble qu'ils n'auraient causé aucun problème systémique. Lors de l'administration des nanoparticules par voie intraveineuse au deuxième groupe de 60 souris, les enquêteurs ont de nouveau trouvé de rares signes d'inflammation ou d'autres preuves de toxicité - et pratiquement aucun deux semaines après l'administration. Les nanoparticules administrées par voie intraveineuse ont été rapidement séquestrées par des cellules charognardes résidant dans des organes tels que le foie et la rate.

This opens the door to human tests of intravenous injections of these nanoparticles to search for tumors throughout the body. "We can attach molecules targeting breast, lung or prostate cancer to these spheres, " Gambhir said. In the study, the researchers did test nanoparticles conjugated to one such molecule:a small protein snippet, or peptide, known to be attracted to tumor cells. De nouveau, no toxic effects were observed.

Gambhir's group is now filing for FDA approval to proceed to clinical studies of the nanoparticles for the diagnosis of colorectal cancer.