La nanoparticule contient le médicament anticancéreux doxorubicine (sphères vertes) dans son noyau. L'erlotinib est incrusté dans l'enveloppe externe rouge. Des chaînes de polyéthylène glycol (PEG) sont fixées à la surface, en jaune. Crédit :Stephen Morton
Des chercheurs du MIT ont mis au point un nouveau traitement contre le cancer qui détruit les cellules tumorales en désarmant d'abord leurs défenses, puis les frapper avec une dose mortelle de dommages à l'ADN.
Dans des études avec des souris, l'équipe de recherche a montré que ce coup de poing, qui repose sur une nanoparticule qui transporte deux médicaments et les libère à des moments différents, réduit considérablement les tumeurs pulmonaires et mammaires. L'équipe du MIT, dirigé par Michael Yaffe, le professeur David H. Koch en sciences, et Paula Hammond, le professeur David H. Koch en ingénierie, décrire les conclusions de l'édition en ligne du 8 mai Signalisation scientifique .
"Je pense que c'est un signe avant-coureur de ce que la nanomédecine peut faire pour nous à l'avenir, " dit Hammond, qui est membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT. « Nous passons du modèle le plus simple de la nanoparticule – il suffit d'y introduire le médicament et de le cibler – à des nanoparticules intelligentes qui délivrent des combinaisons de médicaments de la manière dont vous avez besoin pour vraiment attaquer la tumeur. »
Les médecins administrent régulièrement aux patients cancéreux deux ou plusieurs médicaments de chimiothérapie différents dans l'espoir qu'une attaque à plusieurs volets sera plus efficace qu'un seul médicament. Alors que de nombreuses études ont identifié des médicaments qui fonctionnent bien ensemble, un article de 2012 du laboratoire de Yaffe a été le premier à montrer que le moment de l'administration du médicament peut considérablement influencer le résultat.
Dans cette étude, Yaffe et l'ancien postdoctorant du MIT Michael Lee ont découvert qu'ils pouvaient affaiblir les cellules cancéreuses en administrant le médicament erlotinib, qui arrête l'une des voies qui favorisent la croissance tumorale incontrôlée. Ces cellules tumorales prétraitées étaient beaucoup plus sensibles au traitement avec un médicament endommageant l'ADN appelé doxorubicine que les cellules ayant reçu les deux médicaments simultanément.
"C'est comme recâbler un circuit, " dit Yaffe, qui est également membre de l'Institut Koch. « Quand vous donnez le premier médicament, les connexions des fils sont inversées afin que le deuxième médicament agisse de manière beaucoup plus efficace. »
Les nanoparticules d'administration de médicaments (colorées en rouge) sont absorbées par les cellules cancéreuses cultivées en laboratoire. Crédit :Stephen Morton
Erlotinib, qui cible une protéine appelée récepteur du facteur de croissance épidermique (EGF), trouvé sur les surfaces des cellules tumorales, a été approuvé par la Food and Drug Administration pour traiter le cancer du pancréas et certains types de cancer du poumon. La doxorubicine est utilisée pour traiter de nombreux cancers, y compris la leucémie, lymphome, et la vessie, Sein, poumon, et les tumeurs ovariennes.
L'étalement de ces médicaments s'est avéré particulièrement puissant contre un type de cellule cancéreuse du sein connue sous le nom de triple négatif, qui n'a pas d'œstrogènes hyperactifs, progestérone, ou les récepteurs HER2. Tumeurs triples négatives, qui représentent environ 16 pour cent des cas de cancer du sein, sont beaucoup plus agressifs que les autres types et ont tendance à frapper les femmes plus jeunes.
C'était une découverte passionnante, dit Yaffe. "Le problème était, " il ajoute, « comment traduisez-vous cela en quelque chose que vous pouvez réellement donner à un patient atteint de cancer ? »
Du résultat de laboratoire à l'administration du médicament
Pour aborder ce problème, Yaffe a fait équipe avec Hammond, un ingénieur chimiste qui a déjà conçu plusieurs types de nanoparticules pouvant transporter deux médicaments à la fois. Pour ce projet, Hammond et son étudiant diplômé, Stephen Morton, conçu des dizaines de particules candidates. Les plus efficaces étaient un type de particules appelées liposomes, des gouttelettes sphériques entourées d'une enveloppe externe grasse.
L'équipe du MIT a conçu ses liposomes pour transporter la doxorubicine à l'intérieur du noyau de la particule, avec de l'erlotinib intégré dans la couche externe. Les particules sont enrobées d'un polymère appelé PEG, qui les protège d'être décomposés dans le corps ou filtrés par le foie et les reins. Une autre balise, folate, aide à diriger les particules vers les cellules tumorales, qui expriment des quantités élevées de récepteurs de folate.
Une fois que les particules atteignent une tumeur et sont absorbées par les cellules, les particules commencent à se décomposer. Erlotinib, porté dans la coque extérieure, est libéré en premier, mais la libération de doxorubicine est retardée et met plus de temps à s'infiltrer dans les cellules, donnant à l'erlotinib le temps d'affaiblir les défenses des cellules. "Il y a un décalage entre quatre et 24 heures entre le pic d'efficacité de l'erlotinib et celui de la doxorubicine, " dit Yaffe.
Les chercheurs ont testé les particules sur des souris implantées avec deux types de tumeurs humaines :des tumeurs mammaires triples négatives et des tumeurs pulmonaires non à petites cellules. Les deux types ont considérablement diminué. Par ailleurs, l'emballage des deux médicaments dans des nanoparticules de liposomes les a rendus beaucoup plus efficaces que les formes traditionnelles des médicaments, même lorsque ces médicaments ont été administrés dans un ordre échelonné dans le temps.
Comme prochaine étape avant d'éventuels essais cliniques sur des patients humains, les chercheurs testent maintenant les particules chez des souris qui sont génétiquement programmées pour développer elles-mêmes des tumeurs, au lieu d'y implanter des cellules tumorales humaines.
Les chercheurs pensent que l'accouchement échelonné dans le temps pourrait également améliorer d'autres types de chimiothérapie. Ils ont mis au point plusieurs combinaisons impliquant le cisplatine, un médicament endommageant l'ADN couramment utilisé, et travaillent sur d'autres combinaisons pour traiter la prostate, tête et cou, et les cancers de l'ovaire. À la fois, Hammond's lab is working on more complex nanoparticles that would allow for more precise loading of the drugs and fine-tuning of their staggered release.
"With a nanoparticle delivery platform that allows us to control the relative rates of release and the relative amounts of loading, we can put these systems together in a smart way that allows them to be as effective as possible, " Hammond says.
