Comme les troupes des forces spéciales marquant des cibles au laser pour un pilote de bombardier, de minuscules particules qui peuvent être imagées de trois manières différentes à la fois ont permis aux scientifiques de l'école de médecine de l'Université de Stanford d'éliminer les tumeurs cérébrales de souris avec une précision sans précédent.
Dans une étude qui sera publiée en ligne le 15 avril dans Médecine naturelle , une équipe dirigée par Sam Gambhir, MARYLAND, Doctorat, professeur et titulaire de la chaire de radiologie, ont montré que les minuscules nanoparticules conçues dans son laboratoire se concentraient et mettaient en évidence des tumeurs cérébrales, délimitant précisément leurs limites et facilitant grandement leur élimination complète. La nouvelle technique pourrait un jour contribuer à améliorer le pronostic des patients atteints de cancers mortels du cerveau.
Environ 14, 000 personnes sont diagnostiquées chaque année avec un cancer du cerveau aux États-Unis. Parmi ces cas, environ 3, 000 sont des glioblastomes, la forme la plus agressive de tumeur cérébrale. Le pronostic du glioblastome est sombre :la durée médiane de survie sans traitement est de trois mois. L'ablation chirurgicale de ces tumeurs - un impératif virtuel chaque fois que possible - prolonge la survie du patient typique de moins d'un an. L'une des principales raisons à cela est qu'il est presque impossible, même pour le neurochirurgien le plus qualifié, d'enlever la totalité de la tumeur tout en épargnant le cerveau normal.
"Avec les tumeurs cérébrales, les chirurgiens n'ont pas le luxe d'enlever de grandes quantités de tissu cérébral normal environnant pour s'assurer qu'il ne reste aucune cellule cancéreuse, " dit Gambhir, qui est Virginia et D.K. Ludwig Professeur d'investigation clinique dans la recherche sur le cancer et directeur du programme d'imagerie moléculaire à Stanford. "Vous devez clairement laisser autant de cerveau sain intact que possible."
C'est un vrai problème pour les glioblastomes, qui sont des tumeurs particulièrement rugueuses. Dans ces tumeurs, de minuscules projections en forme de doigt infiltrent généralement les tissus sains, suivant les voies des vaisseaux sanguins et des voies nerveuses. Un défi supplémentaire est posé par les micrométastases :de minuscules plaques tumorales causées par la migration et la réplication des cellules de la tumeur primaire. Des micrométastases parsemant des tissus voisins par ailleurs sains mais invisibles à l'œil nu du chirurgien peuvent se développer en de nouvelles tumeurs.
Bien qu'aujourd'hui la chirurgie du cerveau ait tendance à être guidée par l'œil nu du chirurgien, de nouvelles méthodes d'imagerie moléculaire pourraient changer cela, et cette étude démontre le potentiel d'utiliser des nanoparticules de haute technologie pour mettre en évidence le tissu tumoral avant et pendant la chirurgie cérébrale.
Les nanoparticules utilisées dans l'étude sont essentiellement de minuscules billes d'or recouvertes de réactifs d'imagerie. Chaque nanoparticule mesure moins de cinq millionièmes de pouce de diamètre, soit environ un soixantième de celui d'un globule rouge humain.
"Nous avons émis l'hypothèse que ces particules, injecté par voie intraveineuse, ciblerait préférentiellement les tumeurs mais pas les tissus cérébraux sains, " dit Gambhir, qui est également membre du Stanford Cancer Institute. "Les minuscules vaisseaux sanguins qui alimentent une tumeur au cerveau fuient, nous espérions donc que les sphères saigneraient de ces vaisseaux et se logeraient dans la matière tumorale voisine. » Les noyaux d'or des particules, renforcées telles qu'elles sont par des revêtements spécialisés, rendrait alors les particules simultanément visibles à trois méthodes d'imagerie distinctes, chacun contribuant de manière unique à un résultat chirurgical amélioré.
L'une de ces méthodes, imagerie par résonance magnétique, est déjà fréquemment utilisé pour donner aux chirurgiens une idée de l'emplacement dans le cerveau de la tumeur avant de l'opérer. L'IRM est bien équipée pour déterminer les limites d'une tumeur, mais lorsqu'il est utilisé en préopératoire, il ne peut pas décrire parfaitement la position d'une tumeur en croissance agressive dans un cerveau subtilement dynamique au moment où l'opération elle-même a lieu.
Les nanoparticules de l'équipe Gambhir sont recouvertes de gadolinium, un produit de contraste IRM, d'une manière qui les maintient stablement attachés aux sphères relativement inertes dans un environnement semblable au sang. (Dans une étude de 2011 publiée dans Science Translational Medicine, Gambhir et ses collègues ont montré dans de petits modèles animaux que des nanoparticules similaires à celles utilisées dans cette nouvelle étude, mais ne contenant pas de gadolinium, n'étaient pas toxiques.)
Une seconde, la nouvelle méthode est l'imagerie photoacoustique, dans lequel des impulsions lumineuses sont absorbées par des matériaux tels que les noyaux d'or des nanoparticules. Les particules chauffent légèrement, produire des signaux ultrasonores détectables à partir desquels une image tridimensionnelle de la tumeur peut être calculée. Parce que ce mode d'imagerie a une pénétration en profondeur élevée et est très sensible à la présence des particules d'or, il peut être utile pour guider l'ablation de la majeure partie d'une tumeur pendant la chirurgie.
La troisième méthode, appelé imagerie Raman, exploite la capacité de certains matériaux (inclus dans une couche recouvrant les sphères d'or) à émettre des quantités de lumière presque indétectables dans un motif de signature composé de plusieurs longueurs d'onde distinctes. Les surfaces des noyaux d'or amplifient les faibles signaux Raman afin qu'ils puissent être capturés par un microscope spécial.
Pour démontrer l'utilité de leur approche, les chercheurs ont d'abord montré par diverses méthodes que les nanoparticules du laboratoire ciblaient spécifiquement le tissu tumoral, et seulement du tissu tumoral.
Prochain, ils ont implanté plusieurs types différents de cellules de glioblastome humain profondément dans le cerveau de souris de laboratoire. Après avoir injecté les nanoparticules améliorant l'imagerie dans les veines de la queue des souris, ils ont pu visualiser, avec les trois modes d'imagerie, les tumeurs que les cellules de glioblastome avaient engendrées.
Les IRM ont fourni de bonnes images préopératoires des formes générales et des emplacements des tumeurs. Et pendant l'opération elle-même, l'imagerie photoacoustique permise précise, visualisation en temps réel des bords des tumeurs, améliorer la précision chirurgicale.
Mais ni l'IRM ni l'imagerie photoacoustique ne peuvent à elles seules distinguer les tissus sains des tissus cancéreux à un niveau suffisamment infime pour identifier chaque partie d'une tumeur. Ici, la troisième méthode, Imagerie Raman, avéré crucial. Dans l'étude, Les signaux Raman émanaient uniquement de nanoparticules enracinées dans la tumeur, jamais à partir de tissus sains sans nanoparticules. Donc, après que la majeure partie de la tumeur d'un animal ait été éliminée, la technique d'imagerie Raman hautement sensible était extrêmement précise pour signaler les micrométastases résiduelles et les minuscules projections tumorales en forme de doigt encore enfouies dans le tissu normal adjacent qui n'avaient pas été détectées lors de l'inspection visuelle. Cette, à son tour, permis l'élimination de ces restes dangereux.
"Maintenant, nous pouvons connaître l'étendue de la tumeur avant d'aller au bloc opératoire, être guidé avec une précision moléculaire pendant la procédure d'excision elle-même, puis immédiatement après être capable de « voir » le matériel tumoral résiduel autrefois invisible et de le retirer, trop, " dit Gambhir, qui a suggéré que la propension des nanoparticules à s'échauffer lors de la stimulation photoacoustique, combinées à leur spécificité tumorale, pourraient également permettre de les utiliser pour détruire sélectivement des tumeurs. Il a également exprimé son optimisme quant au fait que ce type de précision pourrait éventuellement être appliqué à d'autres types de tumeurs.
