Les chercheurs du MIT ont conçu des nanocapteurs qui peuvent profiler les tumeurs et peuvent donner un aperçu de la façon dont ils répondront à certaines thérapies. Le système est basé sur des niveaux d'enzymes appelées protéases, que les cellules cancéreuses utilisent pour remodeler leur environnement.

Une fois adapté pour l'homme, ce type de capteur pourrait être utilisé pour déterminer l'agressivité d'une tumeur et aider les médecins à choisir le meilleur traitement, dit Sangeeta Bhatia, le professeur John et Dorothy Wilson de sciences et technologies de la santé, de génie électrique et d'informatique et membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT.

"Cette approche est passionnante parce que les gens développent des thérapies qui sont activées par la protéase, " dit Bhatia. " Idéalement, vous aimeriez pouvoir stratifier les patients en fonction de leur activité de protéase et identifier ceux qui seraient de bons candidats pour ces thérapies. "

Une fois injecté dans le site tumoral, les nanocapteurs sont activés par un champ magnétique inoffensif pour les tissus sains. Après avoir interagi et modifié par les protéines tumorales cibles, les capteurs sont sécrétés dans l'urine, où ils peuvent être facilement détectés en moins d'une heure.

Bhatia et Polina Anikeeva, la classe de 1942 professeur agrégé de science et génie des matériaux, sont les auteurs principaux de l'article, qui paraît dans le journal Lettres nano . Les auteurs principaux de l'article sont Simone Schurle, postdoctorante au Koch Institute, et l'étudiant diplômé Jaideep Dudani.

Chaleur et libération

Tumeurs, particulièrement agressifs, ont souvent des taux de protéase élevés. Ces enzymes aident les tumeurs à se propager en clivant les protéines qui composent la matrice extracellulaire, qui entoure normalement les cellules et les maintient en place.

En 2014, Bhatia et ses collègues ont rapporté avoir utilisé des nanoparticules qui interagissent avec un type de protéase connu sous le nom de métalloprotéinases matricielles (MMP) pour diagnostiquer le cancer. Dans cette étude, les chercheurs ont livré des nanoparticules porteuses de peptides, ou de courts fragments de protéines, conçu pour être clivé par les MMP. Si des MMP étaient présents, des centaines de peptides clivés seraient excrétés dans l'urine, où ils pourraient être détectés avec un simple test papier similaire à un test de grossesse.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs voulaient adapter les capteurs afin qu'ils puissent rendre compte des caractéristiques des tumeurs dans un endroit connu. Pour faire ça, ils devaient s'assurer que les capteurs ne produisaient qu'un signal de l'organe cible, pas affecté par les signaux de fond qui pourraient être produits dans la circulation sanguine. Ils ont d'abord conçu des capteurs qui pourraient être activés par la lumière une fois qu'ils ont atteint leur cible. Cela nécessitait l'utilisation de la lumière ultraviolette, cependant, qui ne pénètre pas très loin dans les tissus.

"Nous avons commencé à réfléchir aux types d'énergie que nous pourrions utiliser pour pénétrer plus profondément dans le corps, " dit Bhatia, qui est également membre de l'Institute for Medical Engineering and Science du MIT.

Pour y parvenir, Bhatia a fait équipe avec Anikeeva, qui se spécialise dans l'utilisation de champs magnétiques pour activer à distance des matériaux. Les chercheurs ont décidé d'encapsuler les nanoparticules de détection de protéase de Bhatia avec des particules magnétiques qui chauffent lorsqu'elles sont exposées à un champ magnétique alternatif. Le champ est produit par une petite bobine magnétique qui change de polarité environ un demi-million de fois par seconde.

Le matériau thermosensible qui encapsule les particules se désintègre à mesure que les particules magnétiques chauffent, permettant la libération des capteurs de protéase. Cependant, les particules ne produisent pas assez de chaleur pour endommager les tissus voisins.

« Il a été difficile d'examiner les activités des protéases spécifiques à la tumeur à partir des biofluides des patients, car ces protéases sont également présentes dans le sang et d'autres organes, " dit Ji Ho (Joe) Park, professeur agrégé de génie biologique et cérébral au Korea Advanced Institute of Science and Technology.

"La force de ce travail réside dans les nanocapteurs de protéases sensibles à la magnétothermie avec une contrôlabilité spatio-temporelle, " dit Parc, qui n'a pas participé à la recherche. "Avec ces nanocapteurs, les chercheurs du MIT pourraient analyser les activités de protéase davantage impliquées dans la progression tumorale en réduisant considérablement l'activation hors cible. »

Choisir des traitements

Dans une étude sur des souris, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient utiliser ces particules pour profiler correctement différents types de tumeurs du côlon en fonction de la quantité de protéase qu'elles produisent.

Traitements du cancer à base de protéases, maintenant en essais cliniques, se composent d'anticorps qui ciblent une protéine tumorale mais ont des "voiles" qui les empêchent d'être activés avant d'atteindre la tumeur. Les voiles sont fendus par des protéases, cette thérapie serait donc la plus efficace pour les patients ayant des niveaux élevés de protéase.

L'équipe du MIT explore également l'utilisation de ce type de capteur pour imager les lésions cancéreuses qui se propagent au foie à partir d'autres organes. L'ablation chirurgicale de ces lésions fonctionne mieux s'il y en a moins de quatre, les mesurer pourrait donc aider les médecins à choisir le meilleur traitement.

Bhatia dit que ce type de capteur pourrait également être adapté à d'autres tumeurs, car le champ magnétique peut pénétrer profondément dans le corps. Cette approche pourrait également être étendue à des diagnostics basés sur la détection d'autres types d'enzymes, y compris ceux qui coupent les chaînes de sucre ou les lipides.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.