Glioblastome multiforme, un cancer du cerveau également connu sous le nom de « tumeurs du poulpe », ” est pratiquement inutilisable, résistant aux thérapies, et toujours fatale, généralement dans les 15 mois suivant le début.
Glioblastome multiforme, un cancer du cerveau également connu sous le nom de « tumeurs du poulpe » en raison de la manière dont les cellules cancéreuses étendent leurs vrilles dans les tissus environnants, est pratiquement inutilisable, résistant aux thérapies, et toujours fatale, généralement dans les 15 mois suivant le début. Chaque année, le glioblastome multiforme (GBM) en tue environ 15, 000 personnes aux États-Unis. L'un des principaux obstacles au traitement est la barrière hémato-encéphalique, le réseau de vaisseaux sanguins qui permet aux nutriments essentiels d'entrer dans le cerveau mais bloque le passage d'autres substances. Ce dont on a désespérément besoin, c'est d'un moyen de transporter efficacement les médicaments thérapeutiques à travers cette barrière. Un expert en nanosciences du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) pourrait avoir la solution.
Ting Xu, un scientifique des polymères de la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab, spécialisé dans les matériaux hybrides bio/nano auto-assemblés, a développé une nouvelle famille de nanosupports formés à partir de l'auto-assemblage de peptides et de polymères amphiphiles. Appelé "3HM" pour les micelles à 3 hélices enroulées, ces nouveaux nanosupports répondent à toutes les exigences de taille et de stabilité pour délivrer efficacement un médicament thérapeutique aux tumeurs GBM. Les amphiphiles sont des composés chimiques qui présentent à la fois des propriétés hydrophiles (qui aiment l'eau) et lipophiles (qui aiment les graisses). Les micelles sont des agrégats sphériques d'amphiphiles.
Dans une récente collaboration entre Xu, Katherine Ferrara à l'Université de Californie (UC) Davis, et John Forsayeth et Krystof Bankiewicz de l'UC San Francisco, Des nanocarriers 3HM ont été testés sur des tumeurs GBM chez le rat. En utilisant la forme radioactive du cuivre (cuivre-64) en combinaison avec la tomographie par émission de positons (TEP) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM), la collaboration a démontré que le 3HM peut traverser la barrière hémato-encéphalique et s'accumuler à l'intérieur des tumeurs GBM à près du double du taux de concentration des nanotransporteurs actuels approuvés par la FDA.
"Nos nanoporteurs 3HM présentent de très bons attributs pour le traitement des cancers du cerveau en termes de longue circulation, pénétration profonde de la tumeur et faible accumulation dans les organes non cibles tels que le foie et la rate, " dit Xu, qui détient également une nomination conjointe avec les départements des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'UC Berkeley, et Chimie. "Le fait que le 3HM soit capable de traverser la barrière hémato-encéphalique des rats porteurs de GBM et de s'accumuler sélectivement dans le tissu tumoral, ouvre la possibilité de traiter le GBM par l'administration de médicaments par voie intraveineuse plutôt que par des mesures invasives. Bien qu'il reste encore beaucoup à apprendre sur les raisons pour lesquelles 3HM est capable de faire ce qu'il fait, jusqu'à présent, tous les résultats ont été très positifs."
Les cellules gliales fournissent un support physique et chimique aux neurones. Environ 90 % de toutes les cellules du cerveau sont des cellules gliales qui, contrairement aux neurones, subir un cycle de naissance, différenciation, et la mitose. Subir ce cycle rend les cellules gliales vulnérables à devenir cancéreuses. Quand ils le font, comme le suggère le nom "multiforme", ils peuvent prendre différentes formes, ce qui rend souvent la détection difficile jusqu'à ce que les tumeurs soient dangereusement grosses. Les multiples formes d'une cellule gliale cancéreuse rendent également difficile l'identification et la localisation de toutes les vrilles de la cellule. L'ablation ou la destruction de la masse tumorale principale tout en laissant ces vrilles intactes est une thérapie inefficace :comme la mythique Hydra, les vrilles feront germer de nouvelles tumeurs.
Avec une taille de seulement 20 nanomètres et une structure hiérarchique unique, Les nanoporteurs 3HM répondent à toutes les exigences de taille et de stabilité pour administrer efficacement des médicaments thérapeutiques aux tumeurs cancéreuses du cerveau. Crédit :Ting Xu, Laboratoire de Berkeley
Bien qu'il existe des médicaments thérapeutiques approuvés par la FDA pour le traitement du GBM, ces traitements ont eu peu d'impact sur le taux de survie des patients car la barrière hémato-encéphalique a limité l'accumulation de produits thérapeutiques dans le cerveau. Typiquement, Les produits thérapeutiques GBM sont transportés à travers la barrière hémato-encéphalique dans des liposomes spéciaux d'une taille d'environ 110 nanomètres. Les nanoporteurs 3HM développés par Xu et son groupe ne mesurent que 20 nanomètres environ. Leur taille plus petite et leur structure hiérarchique unique ont permis aux nanoporteurs 3HM d'accéder beaucoup plus aux tumeurs GBM de rat que les liposomes de 110 nanomètres dans les tests effectués par Xu et ses collègues.
"3HM est un produit de la recherche fondamentale à l'interface de la science des matériaux et de la biologie, " dit Xu. "Quand j'ai commencé à Berkeley, J'ai exploré les nanomatériaux hybrides à base de protéines, peptides et polymères en tant que nouvelle famille de biomatériaux. Au cours du processus de compréhension de l'assemblage hiérarchique des conjugués peptide-polymère amphiphiles, mon groupe et moi avons remarqué un comportement inhabituel de ces micelles, en particulier leur stabilité cinétique inhabituelle dans la plage de taille de 20 nanomètres. Nous avons examiné les besoins critiques en nanosupports avec ces attributs et identifié le traitement du cancer du GBM comme une application potentielle. »
Le cuivre-64 a été utilisé pour étiqueter les nanosupports 3HM et liposomes pour des études TEP et IRM systématiques afin de découvrir comment la taille d'un nanosupport pourrait affecter la pharmacocinétique et la biodistribution chez les rats atteints de tumeurs GBM. Les résultats ont non seulement confirmé l'efficacité du 3HM en tant que navires de livraison de GBM, ils suggèrent également que l'imagerie TEP et IRM de la distribution des nanoparticules et de la cinétique tumorale peut être utilisée pour améliorer la conception future des nanoparticules pour le traitement du GBM.
"Je pensais que nos matériaux hybrides 3HM pourraient apporter de nouvelles opportunités thérapeutiques pour le GBM mais je ne m'attendais pas à ce que cela se produise si rapidement, " dit Xu, qui a obtenu un brevet pour la technologie 3HM.
