Trouver des moyens de diagnostiquer le cancer plus tôt pourrait grandement améliorer les chances de survie de nombreux patients. Une façon de le faire est de rechercher des protéines spécifiques sécrétées par les cellules cancéreuses, qui circulent dans le sang. Cependant, la quantité de ces biomarqueurs est si faible que leur détection s'est avérée difficile.

Une nouvelle technologie développée au MIT peut aider à rendre la détection des biomarqueurs beaucoup plus facile. Les chercheurs, dirigé par Sangeeta Bhatia, ont développé des nanoparticules qui peuvent abriter une tumeur et interagir avec des protéines cancéreuses pour produire des milliers de biomarqueurs, qui peut alors être facilement détectée dans l'urine du patient.

Ce système d'amplification de biomarqueurs pourrait également être utilisé pour surveiller la progression de la maladie et suivre la réponse des tumeurs au traitement, dit Bhatia, le professeur John et Dorothy Wilson de sciences et technologies de la santé, de génie électrique et d'informatique au MIT.

"Il y a une recherche désespérée de biomarqueurs, pour la détection précoce ou le pronostic de la maladie, ou en regardant comment le corps réagit à la thérapie, " dit Bhatia, qui est également membre de l'Institut David H. Koch du MIT pour la recherche intégrative sur le cancer. Elle ajoute que la recherche a été compliquée car des études génomiques ont révélé que de nombreux cancers, comme le cancer du sein, sont en fait des groupes de plusieurs maladies avec des signatures génétiques différentes.

L'équipe du MIT, travaillant avec des chercheurs du Beth Israel Deaconess Medical Center, décrit la nouvelle technologie dans un article paru dans Biotechnologie naturelle le 16 décembre. L'auteur principal de l'article est Gabriel Kwong, un post-doctorat à l'Institute for Medical Engineering and Science du MIT et à l'Institut Koch.

Amplifier les signaux du cancer

Les cellules cancéreuses produisent de nombreuses protéines que l'on ne trouve pas dans les cellules saines. Cependant, ces protéines sont souvent si diluées dans la circulation sanguine qu'elles sont presque impossibles à identifier. Une étude récente de chercheurs de l'Université de Stanford a révélé que même en utilisant les meilleurs biomarqueurs existants pour le cancer de l'ovaire, et la meilleure technologie pour les détecter, une tumeur ovarienne ne serait découverte que huit à dix ans après sa formation.

"La cellule fabrique des biomarqueurs, mais sa capacité de production est limitée, " dit Bhatia. " C'est à ce moment-là que nous avons eu ce moment 'aha' :et si vous pouviez délivrer quelque chose qui pourrait amplifier ce signal ?

Heureusement, Le laboratoire de Bhatia travaillait déjà sur des nanoparticules qui pourraient être utilisées pour détecter des biomarqueurs du cancer. Conçu à l'origine comme agent d'imagerie des tumeurs, les particules interagissent avec des enzymes appelées protéases, qui clivent les protéines en fragments plus petits.

Les cellules cancéreuses produisent souvent de grandes quantités de protéases appelées MMP. Ces protéases aident les cellules cancéreuses à échapper à leurs emplacements d'origine et à se propager de manière incontrôlable en coupant les protéines de la matrice extracellulaire, qui maintient normalement les cellules en place.

Les chercheurs ont recouvert leurs nanoparticules de peptides (fragments de protéines courts) ciblés par plusieurs des protéases MMP. Les nanoparticules traitées s'accumulent au niveau des sites tumoraux, se frayer un chemin à travers les vaisseaux sanguins qui fuient qui entourent généralement les tumeurs. Là, les protéases clivent des centaines de peptides des nanoparticules, en les libérant dans la circulation sanguine.

Les peptides s'accumulent rapidement dans les reins et sont excrétés dans les urines, où ils peuvent être détectés par spectrométrie de masse.

Ce nouveau système est une approche passionnante pour surmonter le problème de la rareté des biomarqueurs dans le corps, dit Sanjiv Gambhir, président du département de radiologie de la faculté de médecine de l'université de Stanford. "Au lieu de dépendre du corps pour éliminer naturellement les biomarqueurs, vous échantillonnez le site d'intérêt et provoquez la libération des biomarqueurs que vous avez conçus, " dit Gambhir, qui ne faisait pas partie de l'équipe de recherche.

Signatures distinctives

Pour rendre les lectures de biomarqueurs aussi précises que possible, les chercheurs ont conçu leurs particules pour exprimer 10 peptides différents, dont chacune est clivée par une autre des dizaines de protéases MMP. Chacun de ces peptides a une taille différente, permettant de les distinguer par spectrométrie de masse. Cela devrait permettre aux chercheurs d'identifier des signatures distinctes associées à différents types de tumeurs.

Dans cette étude, les chercheurs ont testé la capacité de leurs nanoparticules à détecter les premiers stades du cancer colorectal chez la souris, et pour surveiller la progression de la fibrose hépatique.

La fibrose hépatique est une accumulation de cicatrices en réponse à une lésion hépatique ou une maladie hépatique chronique. Les patients atteints de cette maladie doivent être régulièrement surveillés par biopsie, ce qui est coûteux et invasif, pour s'assurer qu'ils reçoivent le bon traitement. Chez la souris, les chercheurs ont découvert que les nanoparticules pouvaient offrir une rétroaction beaucoup plus rapide que les biopsies.

Ils ont également découvert que les nanoparticules pouvaient révéler avec précision la formation précoce de tumeurs colorectales. Dans les études en cours, l'équipe étudie la capacité des particules à mesurer la réponse tumorale à la chimiothérapie et à détecter les métastases.

La recherche a été financée par les National Institutes of Health et le Kathy and Curt Marble Cancer Research Fund.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.