Les chercheurs sur le cancer n'hésitent pas à utiliser la nanotechnologie. Leurs travaux font des progrès prometteurs dans le développement de traitements plus sûrs et plus efficaces. Et maintenant, les nouveaux développements dans le domaine signifient que le grand public peut aider grâce au crowdsourcing.

Le cancer cause un décès sur quatre aux États-Unis, et environ 12,7 millions de nouveaux cas de cancer ont été diagnostiqués dans le monde en 2008. Les traitements actuels sont loin d'être idéaux. Par exemple, les chimiothérapies typiques s'échappent de la circulation sanguine après l'injection et se propagent dans tout le corps. Les médicaments sont alors libres d'attaquer toutes les cellules rencontrées – même saines – provoquant des effets secondaires importants.

C'est évidemment loin d'être idéal. Les bioingénieurs expérimentent donc des nanoparticules capables de délivrer des médicaments et des diagnostics directement aux tumeurs. Les nanoparticules sont légèrement plus grosses que les médicaments :environ cinq à 500 nanomètres, qui est d'environ 100 à 10, 000 fois plus petit qu'un cheveu humain. Cette taille spéciale leur permet de s'échapper des gros pores des vaisseaux tumoraux, et pourtant être contenue dans la circulation sanguine dans tout le reste du corps. Par conséquent, les nanoparticules peuvent s'accumuler passivement dans les tumeurs tout en évitant les tissus sains.

Les nanoparticules sont de différentes tailles, formes et matières. Ils peuvent être chargés de médicaments libérés de manière contrôlée et enrobés de molécules qui leur permettent d'interagir avec leur environnement. Certaines de ces molécules peuvent être une signature pour identifier de manière unique les cellules cancéreuses. Lors de la liaison, les cellules peuvent engloutir des nanoparticules qui livrent ensuite leur cargaison à l'intérieur de la cellule.

Il existe de nombreuses façons de concevoir une nanoparticule. Selon votre conception, la nanoparticule se déplacera, sentir et agir de différentes manières – tout comme un robot. La maîtrise est dans la conception des nanoparticules et de leurs interactions avec l'environnement, plutôt que toute intelligence à l'intérieur. En d'autres termes, changer le corps de la nanoparticule changera son comportement :nous l'appelons l'intelligence incarnée.

Le défi consiste à comprendre quelle conception de nanoparticules améliorera les résultats du traitement. C'est un problème difficile car des milliards de nanoparticules interagissent dans une tumeur avec des millions de cellules. Prédire et optimiser le comportement de toutes ces nanoparticules dans un système aussi complexe relève au mieux de la supposition.

Contrôle de l'essaim

Comme nos nanoparticules, volées d'oiseaux, colonies de fourmis, les cellules et les collectifs de robots peuvent présenter des comportements d'essaim apparemment complexes lorsqu'un grand nombre d'agents simples réagissent à des informations locales. Notre objectif est maintenant d'explorer comment les nanoparticules peuvent coopérer, ou essaim, pour améliorer de manière synergique leur effet thérapeutique.

Les récents travaux du laboratoire Bhatia du MIT sont prometteurs dans cette direction. Des nanoparticules d'or s'accumuleraient passivement dans la tumeur. Les nanoparticules seraient ensuite chauffées à l'aide d'un laser, causant ainsi des dommages au tissu tumoral. La deuxième vague de nanoparticules, conçu pour se lier aux tissus endommagés, s'y accumuleraient donc en nombre plus élevé.

À l'aide d'un simulateur qui modélise la façon dont les nanoparticules interagissent entre elles et avec l'environnement tumoral, nous pouvons maintenant explorer de telles conceptions d'essaims de nanoparticules. Dans l'exemple vidéo ci-dessous, les nanoparticules simulées quittant un vaisseau sanguin (en rouge) doivent trouver une cellule rare (avec une bordure rose) dans le tissu tumoral.

Cette cellule rare pourrait avoir une mutation spécifique, et sa détection pourrait aider à identifier une poche de cellules résistantes au traitement. En concevant intelligemment les nanoparticules et la façon dont elles interagissent avec leur environnement, nous sommes capables de marquer des chemins directs des vaisseaux à la cellule. Semblable aux fourmis formant des sentiers pour atteindre votre table de pique-nique, ces nanoparticules agissent en se déposant et en interagissant avec l'information dans l'environnement.

Il existe de nombreux scénarios de tumeur et stratégies d'essaim de ce type. Chacun prend du temps à explorer et nécessite un grand nombre d'essais et d'erreurs. Aussi, chaque problème est différent, rendant difficile la programmation d'un ordinateur capable de concevoir automatiquement les nanoparticules.

Le crowdsourcing permet donc aux bio-ingénieurs et au grand public d'imaginer de nouvelles stratégies nanoparticulaires vers le traitement du cancer. Le simulateur appelé Nanodoc prédit le comportement des nanoparticules dans les tumeurs et est basé sur des années de recherche. L'espoir est que les personnes utilisant le simulateur puissent aider à découvrir de nouvelles, des stratégies de nanoparticules créatives et efficaces auxquelles nous n'avons pas pensé en laboratoire.

Cette histoire est publiée avec l'aimable autorisation de The Conversation (sous Creative Commons-Attribution/Pas de dérivés).