Grâce au travail d'une équipe interdisciplinaire de chercheurs du Dartmouth Centre of Nanotechnology Excellence, financé par les National Institutes of Health, les nanoparticules magnétiques (MNP) de nouvelle génération pourraient bientôt traiter des tumeurs profondes et difficiles à atteindre dans le corps humain.

Bien que les chercheurs avertissent que toute nouvelle thérapie basée sur leurs découvertes devra s'avérer sûre et efficace dans les essais cliniques avant de devenir systématiquement disponible pour les personnes atteintes de cancer, ils pointent du doigt les travaux qu'ils ont publiés cette semaine dans le Journal de physique appliquée , des éditions AIP, comme un progrès significatif.

Ils ont créé une nouvelle classe de nanoparticules magnétiques en forme de fleur avec des performances supérieures dans les champs magnétiques de faible niveau et ont élaboré leur mécanisme de chauffage. Le travail fournit des suggestions futures pour le développement d'une nouvelle génération de nanoparticules magnétiques de forme irrégulière pour le traitement du cancer par hyperthermie.

Qu'est-ce que l'hyperthermie clinique? C'est une technique dans laquelle la température d'une partie ou de l'ensemble du corps est élevée au-dessus de la normale. La chaleur est connue pour endommager ou détruire les cellules cancéreuses, mais pour l'exploiter en toute sécurité et efficacement, le chauffage doit être appliqué de manière très précise et la tumeur doit être maintenue dans une plage de température précise pendant une période de temps précise.

Une façon d'y parvenir est d'administrer des nanoparticules puis de les chauffer avec l'énergie de la lumière, ondes sonores ou magnétiques alternatives. Ce n'est pas une tâche facile car les ondes radiofréquences alternatives appliquées génèrent également un échauffement inutile dans les tissus normaux. "À ce jour, la plupart des particules disponibles dans le commerce conçues pour l'application de l'hyperthermie chauffent très bien à une fréquence relativement élevée, champ magnétique puissant, " dit Fridon Shubitidze, professeur agrégé d'ingénierie à la Thayer School of Engineering du Dartmouth College. "Toutefois, il y a une limite à la fréquence et à la force qui peuvent être appliquées."

Lorsque le corps humain est placé dans un champ alternatif à haute fréquence et fort, il commence à se réchauffer et, si rien n'est fait, cela pourrait endommager les cellules normales. « Une façon d'éviter d'endommager les tissus normaux consiste à mieux comprendre les mécanismes de chauffage des nanoparticules magnétiques et à utiliser ces connaissances pour créer des nanoparticules magnétiques qui chauffent à de faibles intensités de champ, " a souligné Shubitidze.

En général, les matériaux magnétiques en vrac chauffent lorsqu'ils subissent un champ magnétique changeant. "Lorsqu'il est réduit à la taille nano, ces matériaux peuvent chauffer de différentes manières qui ne se produisent pas à plus grande échelle, " expliqua Shubitidze. " Certains impliquent le mouvement, les particules tournant et/ou se déplaçant physiquement sous l'influence du champ, tandis que d'autres sont entièrement non mécaniques et n'impliquent que des changements dans la direction dans laquelle les particules sont magnétisées."

Globalement, l'hyperthermie magnétique des nanoparticules se compose de deux étapes principales :la livraison puis l'activation des nanoparticules à l'intérieur des cellules tumorales. Une fois que les nanoparticules magnétiques sont livrées à l'intérieur des cellules tumorales, le système active un champ électromagnétique qui leur transfère de l'énergie, créant un chauffage localisé pour détruire les cellules tumorales.

"La température locale est directement liée à l'amplitude du champ magnétique alternatif au niveau de la tumeur, " Shubitidze a élaboré. " Le champ magnétique alternatif d'une bobine se désintègre rapidement, ainsi, pour appliquer cette technologie dans les cas impliquant des tumeurs profondes dans le corps, telles que les cancers du pancréas, l'obtention d'un champ magnétique alternatif de haute amplitude dans la tumeur nécessite un champ magnétique alternatif d'amplitude encore plus élevée à la surface. Ce champ de grande amplitude peut également élever la température dans les tissus normaux et limite l'applicabilité de la thérapie d'hyperthermie à nanoparticules magnétiques en ne dégageant pas suffisamment de chaleur des particules, qui sont dans une tumeur au plus profond du corps."

Les particules conçues, synthétisés et testés par l'équipe montrent des performances améliorées à de faibles niveaux de champ par rapport à leurs homologues disponibles dans le commerce.

Cela marque une étape importante vers « permettre le traitement des tumeurs qui sont profondément dans le corps, " a déclaré Shubitidze. " Le mécanisme du chauffage est dicté par divers facteurs tels que la forme des nanoparticules, Taille, le type de matériau et l'influence du milieu environnant. Les analyses ont montré qu'en plus d'un éventuel échauffement par hystérésis, le mécanisme de perte de puissance de nos nanoparticules magnétiques est une perte de friction visqueuse entraînée par un champ magnétique, ce qui n'était pas envisagé auparavant au sein de la communauté de recherche sur l'hyperthermie des nanoparticules magnétiques. »

Au niveau des candidatures, l'hyperthermie magnétique des nanoparticules s'avère efficace lorsqu'il y a suffisamment de particules dans la tumeur, lorsque les particules ont des propriétés de chauffage favorables, et lorsqu'un champ magnétique suffisamment fort est délivré. La technologie peut être utilisée comme thérapie autonome ou comme thérapie adjuvante avec la chimiothérapie et la radiothérapie pour le traitement du cancer.

Le développement de nanoparticules magnétiques qui chauffent à des niveaux de champ inférieurs est une « étape importante pour faire de l'hyperthermie des nanoparticules magnétiques un traitement cliniquement viable pour les cancers profonds, " a noté Shubitidze.

Quelle est la prochaine étape pour l'équipe ? "Nous travaillons actuellement à combiner nos nanoparticules magnétiques et un nouveau dispositif pour fournir une intensité de champ plus élevée à la tumeur dans le cas du cancer du pancréas, qui est une cible particulièrement difficile pour les dispositifs générateurs de champ conventionnels, " dit Shubitidze.