Cellules malignes qui laissent une tumeur primitive, voyager dans le sang et devenir incontrôlable dans de nouveaux endroits sont à l'origine de la grande majorité des décès par cancer. Une nouvelle nanotechnologie développée à la Case Western Reserve University détecte ces métastases dans des modèles murins de cancer du sein bien plus tôt que les méthodes actuelles, un pas vers plus tôt, diagnostic et traitement salvateurs.

Une équipe de scientifiques, des ingénieurs et des étudiants de cinq disciplines ont construit des nanochaînes qui se concentrent sur les métastases avant qu'elles ne se développent en de nouveaux tissus, et, grâce à l'imagerie par résonance magnétique, détecter leurs emplacements.

Des images de l'emplacement précis et de l'étendue des métastases pourraient être utilisées pour guider la chirurgie ou l'ablation, ou la même technologie utilisée pour trouver le cancer pourrait être utilisée pour administrer des médicaments anticancéreux directement aux cellules avant qu'une tumeur ne se forme, suggèrent les chercheurs.

Le travail est décrit dans le numéro en ligne de cette semaine de la revue American Chemical Society ACS Nano .

"Les micrométastases ne se voient pas à l'œil nu, mais vous devez les attraper à ce stade - voir les endroits exacts où ils se trouvent et les voir tous, " dit Efstathios Karathanasis, professeur adjoint de génie biomédical et de radiologie, et auteur principal. "Même si vous n'en manquez qu'un, vous prolongez la survie, mais une métastase peut encore tuer."

Karathanasis a travaillé avec l'associé de recherche Pubudu M. Peiris, étudiant diplômé Randall Toy; étudiants de premier cycle Elizabeth Doolittle, Jenna Pansky, Aaron Abramowski, Morgan Tam, Pierre Vicente, Emilie Tran, Elliott Hayden et Andrew Camann; étudiant en médecine Zachary Berman, associée de recherche senior Bernadette O. Erokwu, professeur de génie biomédical David Wilson, le professeur agrégé de génie chimique Harihara Baskaran; et, de la Case Western Reserve School of Medicine, le professeur adjoint de radiologie Chris A. Flask et le professeur agrégé de pharmacologie et vice-présidente du département Ruth A. Keri.

Les technologies de détection des tumeurs ne parviennent pas à découvrir les cellules cancéreuses qui se sont installées dans de nouveaux emplacements, car les jeunes métastases ne se comportent pas de la même manière que les tumeurs établies.

Après qu'une cellule cancéreuse du sein pénètre dans la circulation sanguine, il s'arrête le plus souvent dans le foie, la rate ou les poumons et commence à surexprimer des molécules de surface appelées intégrines. Les intégrines agissent comme une colle entre la cellule cancéreuse et la paroi d'un vaisseau sanguin qui alimente l'organe.

"Nous ciblons les intégrines, ", a déclaré Karathanasis. "Les parois normales des vaisseaux sanguins ne présentent pas d'intégrines vers le site sanguin à moins que les cellules cancéreuses ne s'y attachent."

Pour se concentrer sur le marqueur du cancer, les chercheurs devaient d'abord construire un nano-dispositif qui dériverait du flux central du flux sanguin vers les parois des vaisseaux sanguins. La forme la plus courante des nanoparticules est une sphère, mais une sphère a tendance à suivre le courant.

L'équipe de Karathanasis a conçu des nanoparticules pour se connecter les unes aux autres, un peu comme une pile de Legos. En raison de sa taille et de sa forme, la chaîne oblongue dégringole hors du courant principal et longe les parois des vaisseaux.

L'extérieur de la chaîne a plusieurs sites conçus pour se lier aux intégrines. Une fois qu'un site se verrouille, d'autres s'accrochent. Par rapport aux nanosphères, le taux de fixation des chaînes dans les tests d'écoulement était presque 10 fois plus élevé.

Pour permettre à un médecin de voir où se trouvent quelques cellules cancéreuses dans un océan de cellules saines, les scientifiques ont incorporé des marqueurs fluorescents et, rendre les nanochaînes plus visibles en imagerie par résonance magnétique, quatre maillons en oxyde de fer.

Prochain, l'équipe a testé les chaînes dans un modèle murin d'une forme agressive de cancer du sein qui se métastase aux sites et aux organes de la même manière que chez l'homme.

De la recherche établie, ils savaient que des métastases seraient présentes cinq semaines après le début de la modélisation. Ils ont injecté des nanochaînes dans la circulation sanguine et, dans l'heure, deux techniques d'imagerie - la tomographie moléculaire par fluorescence et l'IRM - ont montré où les cellules cancéreuses itinérantes avaient pris pied, principalement dans le foie, les poumons et la rate.

Les métastases localisées à l'aide des nanochaînes variaient de 0,2 à 2 millimètres de diamètre.

Une imagerie ultérieure à fort grossissement a montré que ces cellules cancéreuses métastatiques se trouvaient principalement dans les parois des vaisseaux sanguins, avant qu'ils n'aient eu le temps de se transformer en tissu organique.

« Une fois que les cellules métastatiques pénètrent dans le tissu, développer leur propre microenvironnement, et se développer en une lésion de 1 centimètre, il indique généralement un stade tardif de la maladie métastatique qui a une issue défavorable, ", a déclaré Karathanasis.

Selon l'American Cancer Society, le taux de survie à 5 ans des patientes atteintes d'un cancer du sein diminue fortement, passant de 98 % dans les cas qui attrapent la maladie lorsqu'elle n'a produit qu'une lésion primaire localisée à 23 % dans les cas où de grandes métastases distantes se sont développées.

Maintenant qu'ils ont prouvé que le concept fonctionne, l'équipe embarque des radiologues cliniciens dirigés par Vikas Gulani, professeur adjoint de radiologie. Leur travail consiste à aider à une nouvelle étude, calculer combien de nouveaux cancers la technologie détecte et omet.