La lumière a longtemps été utilisée pour traiter le cancer. Mais la photothérapie n'est efficace que là où la lumière peut facilement atteindre, limiter son utilisation aux cancers de la peau et dans les zones accessibles avec un endoscope, comme le tractus gastro-intestinal.

En utilisant un modèle murin de cancer, des chercheurs de la Washington University School of Medicine à St. Louis ont mis au point un moyen d'appliquer la thérapie à base de lumière à des tissus profonds jamais accessibles auparavant. Au lieu de faire briller une lumière extérieure, ils ont délivré de la lumière directement aux cellules tumorales, ainsi qu'une source photosensible de radicaux libres qui peuvent être activés par la lumière pour détruire le cancer. Et ils y sont parvenus en utilisant des matériaux déjà approuvés pour une utilisation chez les patients atteints de cancer.

L'étude paraît le 9 mars dans la revue Nature Nanotechnologie .

"La photothérapie fonctionne très bien et a peu d'effets secondaires, mais il ne peut pas être utilisé pour les tumeurs profondément incrustées ou métastatiques, " a déclaré l'auteur principal Samuel Achilefu, Doctorat, professeur de radiologie et de génie biomédical à l'Université de Washington. "En général, éclairer des matériaux photosensibles génère des radicaux libres très toxiques et induisant la mort cellulaire. Mais la technique n'a bien fonctionné que lorsque la lumière et l'oxygène peuvent y arriver. Le besoin d'oxygène et la faible pénétration de la lumière dans les tissus ont limité les progrès dans ce domaine pendant des décennies. »

La source lumineuse exploitée par les chercheurs repose sur un phénomène appelé rayonnement Cerenkov, identifié dans les années 30 par Pavel Cerenkov, qui a plus tard remporté le prix Nobel de physique pour cette découverte. Le rayonnement Cerenkov est responsable de la lueur bleue caractéristique des réacteurs nucléaires sous-marins. Il est également produit lors des tomographies par émission de positons (TEP) que les médecins utilisent pour diagnostiquer le cancer.

Achilefu et premier auteur Nalinikanth Kotagiri, MARYLAND, Doctorat, un chercheur postdoctoral, axé sur une stratégie d'imagerie largement utilisée appelée FDG-PET. Avec cette technique, les patients subissent une TEP après avoir reçu une dose intraveineuse de molécules de sucre radiomarquées appelées fluorodésoxyglucose (FDG). De nombreuses tumeurs absorbent le sucre pour soutenir leur croissance rapide, et le fluor radioactif attaché fait s'allumer ces tumeurs sur un PET scan, peu importe où ils se trouvent dans le corps.

Les chercheurs ont émis l'hypothèse que le fluor radioactif produirait également suffisamment de rayonnement Cerenkov pour activer un agent photosensibilisant s'il pouvait également être délivré au même endroit.

De cette façon, Le FDG pourrait servir à deux fins, poursuivant son rôle d'agent d'imagerie et ajoutant le nouveau travail de fournir de la lumière pour la photothérapie, selon Kotagiri.

"Le FDG est l'un des agents d'imagerie les plus utilisés dans le monde, " Achilefu a déclaré. "C'est la beauté de ce paradigme de traitement. Il est utilisé aujourd'hui dans les hôpitaux pour détecter les cancers primitifs et métastatiques. Donc avec FDG comme source de lumière, nous devions trouver un matériau qui devient toxique lorsqu'il est exposé à la lumière qu'il produit."

Après avoir examiné un certain nombre d'options, les chercheurs se sont concentrés sur des nanoparticules de dioxyde de titane, un minéral avec de larges applications en médecine et dans l'industrie, y compris dans les implants de hanche, crème solaire, dentifrice et additifs alimentaires. Lorsqu'il est exposé à la lumière, le dioxyde de titane produit des radicaux libres sans nécessiter d'oxygène pour la réaction. Pour voir s'ils pouvaient augmenter la puissance des nanoparticules, les enquêteurs ont également ajouté un médicament appelé titanocène à la surface du nanomatériau.

"Le Titanocène a été approuvé pour une utilisation expérimentale chez l'homme, " Achilefu a déclaré. "Il est allé jusqu'aux essais cliniques de phase 2 en tant qu'agent de chimiothérapie. Il s'est avéré sûr, mais cela n'a pas très bien fonctionné par rapport à un placebo. Toujours, il est également connu pour interagir avec la lumière de faible intensité et se briser en radicaux libres. Nous avons décidé de voir si nous pouvions lui apprendre à faire son travail différemment, à agir comme un médicament photothérapeutique au lieu d'un médicament chimiothérapeutique."

Pour aider les nanoparticules à cibler les tumeurs chez la souris, les chercheurs ont également recouvert les particules d'une protéine appelée transferrine qui se lie au fer dans le sang. Comme le sucre, de nombreuses tumeurs dépendent du fer pour se développer. Achilefu a souligné que cette protéine de liaison au fer n'est qu'un exemple de moyen de cibler les nanoparticules sur les cellules cancéreuses.

Les chercheurs ont testé différentes formulations de nanoparticules et de médicaments anticancéreux combinés à la source lumineuse FDG chez des souris atteintes de tumeurs pulmonaires humaines et de fibrosarcome, une tumeur du tissu conjonctif. En comparant ces souris avec des souris non traitées, ils ont testé les combinaisons suivantes :FDG plus nanoparticules à la recherche de tumeurs seules (pas de médicament anticancéreux), FDG plus médicament anticancéreux à recherche de tumeur seul (pas de nanoparticules), et le FDG plus des nanoparticules à la recherche de tumeurs portant le médicament anticancéreux.

Lorsqu'il est injecté dans la circulation sanguine avec du FDG, les nanoparticules à la recherche de tumeurs qui transportaient le médicament anticancéreux ont eu l'effet le plus significatif. Quinze jours après le traitement, les tumeurs des souris traitées étaient huit fois plus petites que celles des souris non traitées.

Les souris ayant reçu du FDG plus des nanoparticules à la recherche de tumeurs seules ont survécu environ 30 jours, contre une moyenne de 15 jours pour les souris non traitées. Ils ont également trouvé à peu près la même survie de 30 jours pour les souris qui ont reçu du FDG plus juste le médicament anticancéreux à la recherche de tumeurs, sans les nanoparticules. La survie a augmenté à 50 jours pour les souris recevant les trois composants :FDG plus les nanoparticules à la recherche de tumeurs portant le médicament anticancéreux.

"Exposé à la source lumineuse, les nanoparticules de dioxyde de titane peuvent à elles seules tuer le cancer, " Achilefu a dit. " Mais l'ajout du médicament semble améliorer les résultats thérapeutiques. Les deux produisent ensemble différents types de radicaux libres qui submergent les cellules tumorales. Notre formulation utilise également des doses du médicament qui sont bien inférieures à celles qui seraient administrées pour la chimiothérapie."

Kotagiri a ajouté que les effets secondaires toxiques devraient être minimes. La lumière et le matériau photosensible sont ciblés sur la tumeur, et le matériau n'est pas toxique à moins d'être activé par la source lumineuse, qui ne devrait se produire que sur le site de la tumeur.

Achilefu et Kotagiri prévoient un petit essai clinique chez l'homme pour évaluer les composants facilement disponibles de cette stratégie, en commençant par le FDG combiné avec le médicament anticancéreux expérimental.