Travailler ensemble, Les ingénieurs biomédicaux et les neurochirurgiens de Johns Hopkins rapportent qu'ils ont créé de minuscules, « nanoparticules » biodégradables capables de transporter l'ADN vers les cellules cancéreuses du cerveau chez la souris.

L'équipe affirme que les résultats de leur expérience de preuve de principe suggèrent que de telles particules chargées de "gènes de la mort" pourraient un jour être administrées à des patients atteints d'un cancer du cerveau pendant la neurochirurgie pour tuer sélectivement toutes les cellules tumorales restantes sans endommager le tissu cérébral normal.

Un résumé des résultats de la recherche est paru en ligne le 26 avril dans la revue ACS Nano .

« Dans nos expériences, nos nanoparticules ont livré avec succès un gène test aux cellules cancéreuses du cerveau chez la souris, où il a ensuite été allumé, " dit Jordan Green, Doctorat., professeur adjoint de génie biomédical et de neurochirurgie à la Johns Hopkins University School of Medicine. "Nous avons maintenant la preuve que ces minuscules chevaux de Troie seront également capables de porter des gènes qui induisent sélectivement la mort dans les cellules cancéreuses, tout en laissant les cellules saines en bonne santé."

Green et ses collègues se sont concentrés sur les glioblastomes, la forme la plus mortelle et la plus agressive de cancer du cerveau. Avec les traitements standards de la chirurgie, chimiothérapie et radiothérapie, la durée de survie médiane n'est que de 14,6 mois, et l'amélioration ne viendra qu'avec la capacité de tuer les cellules tumorales résistantes aux traitements standards, selon Alfredo Quiñones-Hinojosa, MARYLAND., professeur de neurochirurgie à la faculté de médecine de l'Université Johns Hopkins et membre de l'équipe de recherche.

Parce que la nature protège le cerveau en rendant difficile l'accès de ses cellules par le sang, les efforts se sont tournés vers l'utilisation de particules qui pourraient transporter des instructions d'ADN destructrices de tumeurs directement aux cellules cancéreuses pendant la chirurgie.

Les premières expériences ont utilisé des cellules cancéreuses que Quiñones-Hinojosa et son équipe ont retirées de patients consentants et cultivées en laboratoire jusqu'à ce qu'elles forment de petites sphères de cellules, appelées oncosphères, susceptibles d'être les plus résistants à la chimiothérapie et à la radiothérapie, et capable de créer de nouvelles tumeurs.

Quiñones-Hinojosa a ensuite travaillé avec Green pour trouver un véhicule pour les gènes qui causeraient la mort dans les oncosphères. Le laboratoire de Green est spécialisé dans la production de minuscules, particules rondes constituées de plastique biodégradable dont les propriétés peuvent être optimisées pour remplir diverses missions médicales. En faisant varier les atomes dans le plastique, l'équipe peut fabriquer des particules de tailles différentes, stabilités et affinités pour l'eau ou l'huile. Pour cette étude, L'équipe de Green a créé des dizaines de types différents de particules et testé leur capacité à transporter et à délivrer une séquence test d'ADN - en particulier un gène pour une protéine rougeoyante ou verte - aux oncosphères.

En évaluant la survie des cellules qui engloutissent les particules et en mesurant les niveaux de lumière rouge ou verte qu'elles émettent, les chercheurs ont déterminé quelle formulation de particules fonctionnait le mieux, puis testé cette formulation chez des souris atteintes d'un cancer du cerveau humain dérivé de leurs patients.

Ils ont injecté les particules directement dans des souris atteintes d'un cancer du cerveau humain expérimental, et dans le cerveau de souris saines à titre de comparaison. Étonnamment, les cellules saines produisaient rarement les protéines incandescentes, même si les particules porteuses d'ADN pénétraient dans les cellules tumorales et les cellules non tumorales en nombre similaire. "C'est exactement ce que l'on voudrait voir, spécificité du cancer, mais nous recherchons toujours le mécanisme qui permet que cela se produise, ", dit Green. "Nous espérons que nos expériences continues permettront de faire la lumière sur ce point afin que nous puissions appliquer ce que nous apprenons à d'autres scénarios."

"C'est passionnant d'avoir trouvé un moyen de cibler sélectivement la livraison de gènes aux cellules cancéreuses, " dit Quiñones-Hinojosa. " C'est une méthode qui est beaucoup plus faisable et plus sûre pour les patients que la thérapie génique traditionnelle, qui utilise des virus modifiés pour effectuer le traitement."

Il ajoute que les particules peuvent être lyophilisées et stockées pendant au moins deux ans sans perdre leur efficacité. « Les nanoparticules qui restent stables aussi longtemps nous permettent de réaliser des formulations bien à l'avance et en gros lots, " dit Stéphany Tzeng, Doctorat., un membre de l'équipe de Green. « Cela les rend faciles à utiliser de manière cohérente dans les expériences et les chirurgies ; nous ajoutons de l'eau aux particules, et ils sont prêts à partir."

Dans une étude connexe, publié en ligne le 27 mars dans la même revue, Le groupe de Green a également montré qu'une formulation de particules différente pouvait efficacement transporter et délivrer des siARN aux cellules cancéreuses du cerveau. Les siARN sont de très petites molécules qui transportent des informations génétiques aux cellules, mais contrairement à l'ADN qui peut activer les gènes, L'ARNsi interfère avec la production de protéines particulières et peut désactiver les gènes du cancer.

Green explique que les siARN doivent être encapsulés dans des particules différentes de celles utilisées pour transporter l'ADN car les siARN sont environ 250 fois plus petits que les molécules d'ADN habituellement utilisées pour la thérapie génique. "Les siARN sont également beaucoup plus rigides que l'ADN, et ils n'ont pas à entrer dans le noyau de la cellule car ils font leur travail à l'extérieur, dans le cytoplasme, " il dit.

Une bibliothèque initiale de 15 formulations de particules biodégradables a été testée pour leur capacité à transporter des siARN dans des cellules de glioblastome humain qui ont été génétiquement modifiées pour fabriquer une protéine fluorescente verte (GFP). Les siRNA ajoutés aux particules contenaient le code GFP, les cellules ciblées avec succès cesseraient donc de briller en vert.

En modifiant les propriétés chimiques des particules, l'équipe a pu trouver une composition qui a diminué de 91 % l'éclat de la GFP dans les cellules cancéreuses du cerveau humain. Pour tester la capacité des particules à délivrer des siARN induisant la mort, l'équipe a chargé les particules avec un mélange de codes siRNA conçus pour empêcher la fabrication de protéines importantes. Ils ont ensuite ajouté ces particules à des cellules cancéreuses du cerveau et à des cellules cérébrales non cancéreuses se développant en laboratoire.

Comme dans leur étude sur la souris, l'ARNsi était plus efficace - dans ce cas pour provoquer la mort cellulaire - dans les cellules cancéreuses du cerveau (jusqu'à 97 pour cent d'efficacité) que dans les cellules non cancéreuses (0 à 27 pour cent, selon le type de nanoparticules).

Green souligne que pour les thérapies génétiques à base de nanoparticules qui sont sans danger pour les patients, l'ARNsi ou l'ADN spécifique délivré dans un traitement clinique serait soigneusement choisi de sorte que, même s'il y avait une livraison hors cible aux cellules saines, ce serait seulement préjudiciable aux cellules cancéreuses. Green est encouragé par les résultats obtenus jusqu'à présent. "En combinant ce que nous avons appris dans ces deux études, nous pourrions même être en mesure de concevoir des particules capables de fournir de l'ADN et des siARN en même temps, ", dit-il. "Cela nous permettrait d'affiner le code génétique d'autodestruction que nos particules délivrent afin que les cellules cancéreuses meurent et pas les cellules saines."

"Le Dr Green et ses collègues ont pris des mesures importantes dans le développement de nanoparticules polymères pour l'administration d'ADN et d'ARNsi, avec une spécificité prometteuse pour les cellules tumorales et une stabilité améliorée, " a déclaré Jessica Tucker, Doctorat., directeur de programme pour les systèmes et dispositifs d'administration de médicaments et de gènes à l'Institut national d'imagerie biomédicale et de bioingénierie, qui a financé en partie ces études. « Bien que de nombreux défis demeurent, un tel travail pourrait potentiellement transformer les résultats du traitement pour les patients atteints de glioblastome et de tumeurs cérébrales associées, pour lesquels les thérapies actuelles offrent des avantages limités."