De nombreuses technologies d'imagerie et leurs agents de contraste - des produits chimiques utilisés lors des analyses pour aider à détecter les tumeurs et d'autres problèmes - impliquent une exposition à des radiations ou à des métaux lourds, qui présentent des risques potentiels pour la santé des patients et limitent leurs applications. Afin d'atténuer ces inconvénients, une nouvelle recherche d'ingénieurs de l'Université de Pennsylvanie montre un moyen d'enrober un agent de contraste à base de fer afin qu'il interagisse uniquement avec l'environnement acide des tumeurs, le rendre plus sûr, moins cher et plus efficace que les alternatives existantes.
La recherche a été menée par le professeur agrégé Andrew Tsourkas et l'étudiant diplômé Samuel H. Crayton du département de bio-ingénierie de la Penn's School of Engineering and Applied Science. Il a été publié dans la revue ACS Nano.
Imagerie par résonance magnétique, ou IRM, est une caractéristique de plus en plus courante des soins médicaux. En utilisant un champ magnétique puissant pour détecter et influencer l'alignement des molécules d'eau dans le corps, L'IRM peut produire rapidement des images d'un large éventail de tissus corporels, bien que la clarté de ces images soit parfois insuffisante pour le diagnostic. Pour améliorer la différenciation - ou le contraste - entre les tumeurs et les tissus sains, les médecins peuvent appliquer un produit de contraste, telles que les nanoparticules contenant de l'oxyde de fer. L'oxyde de fer peut améliorer les images IRM en raison de leur capacité à déformer le champ magnétique du scanner; les zones dans lesquelles ils sont concentrés ressortent plus clairement.
Ces nanoparticules, qui ont récemment été approuvés aux États-Unis pour une utilisation clinique en tant qu'agents de contraste, sont littéralement enrobés de sucre; une couche externe de dextran empêche les particules de se lier ou d'être absorbées par le corps et de rendre le patient potentiellement malade. Ce revêtement non réactif permet d'éliminer l'oxyde de fer une fois l'imagerie terminée, mais cela signifie également que les particules ne peuvent pas être ciblées sur un type particulier de tissu.
Si l'agent de contraste pouvait être conçu pour qu'il ne colle qu'aux tissus déjà malades, comme les tumeurs, cela résoudrait les deux problèmes à la fois. Les scientifiques ont essayé cette approche en enrobant des nanoparticules de protéines qui se lient uniquement aux récepteurs situés à l'extérieur des tumeurs, mais toutes les tumeurs ne sont pas identiques à cet égard.
"L'une des limites d'une approche basée sur les récepteurs est que vous ne touchez pas tout, " a déclaré Tsourkas. " Il est difficile de les recommander comme outil de dépistage quand on sait que les récepteurs cibles ne sont exprimés que dans 30 % des tumeurs. "
« L'une des raisons pour lesquelles nous aimons notre approche est qu'elle touche de nombreuses tumeurs; presque toutes les tumeurs présentent un changement dans l'acidité de leur microenvironnement. »
Les ingénieurs de Penn ont profité de ce qu'on appelle l'effet Warburg, une bizarrerie du métabolisme tumoral, pour contourner le problème de ciblage. La plupart des cellules du corps sont aérobies; ils tirent principalement leur énergie de l'oxygène. Cependant, même quand l'oxygène est abondant, les cellules cancéreuses utilisent un processus anaérobie pour leur énergie. Comme des muscles surmenés, ils transforment le glucose en acide lactique, mais contrairement aux muscles normaux, les tumeurs perturbent la circulation sanguine autour d'elles et ont du mal à éliminer cet acide. Cela signifie que les tumeurs ont presque toujours un pH inférieur à celui des tissus sains environnants.
Certaines technologies d'imagerie, comme la spectroscopie par résonance magnétique, peut également tirer parti des microenvironnements à faible pH des tumeurs, mais ils nécessitent un équipement spécialisé coûteux qui n'est pas disponible dans la plupart des milieux cliniques.
En utilisant du glycol chitosan - un polymère à base de sucre qui réagit aux acides - les ingénieurs ont permis aux nanosupports de rester neutres à proximité de tissus sains, mais pour devenir ionisé à faible pH. Le changement de charge qui se produit à proximité des tumeurs acides provoque l'attraction et la rétention des nanoporteurs sur ces sites.
Cette approche a un autre avantage :plus une tumeur est maligne, plus il perturbe les vaisseaux sanguins environnants et plus son environnement devient acide. Cela signifie que le glycol enduit de chitosane est un bon détecteur de malignité, ouvrir des options de traitement au-delà du diagnostic.
"Vous pouvez prendre n'importe quelle nanoparticule et mettre ce revêtement dessus, il ne se limite donc en aucun cas à l'imagerie, ", a déclaré Tsourkas. "Vous pouvez également l'utiliser pour administrer des médicaments aux sites tumoraux."
Les chercheurs espèrent que, d'ici sept à dix ans, Les nanoparticules d'oxyde de fer recouvertes de glycol-chitosane pourraient améliorer la spécificité du dépistage diagnostique. La capacité de détecter avec précision les sites de malignité par IRM constituerait une amélioration immédiate par rapport aux agents de contraste existants pour certaines scintigraphies du cancer du sein.
« Le gadolinium est utilisé comme agent de contraste dans les dépistages IRM du cancer du sein chez les patientes à haut risque. Il est recommandé à ces patientes de passer une IRM en plus de la mammographie habituelle, parce que la sensibilité des mammographies peut être mauvaise, " a déclaré Tsourkas. " La sensibilité d'une IRM est beaucoup plus élevée, mais la spécificité est faible :le dépistage détecte beaucoup de tumeurs, mais beaucoup d'entre eux sont bénins. Disposer d'un outil comme le nôtre permettrait aux cliniciens de mieux différencier les tumeurs bénignes et malignes, d'autant plus qu'il a été démontré qu'il existe une corrélation entre la malignité et le pH."
