Une nanoétoile d'or au microscope électronique. La taille de la nanoétoile la fait s'accumuler dans les tumeurs, où les chercheurs utilisent la lumière infrarouge pour le chauffer et détruire les tumeurs cancéreuses. Crédit :Tuan Vo-Dinh, université de Duke
En combinant une immunothérapie anticancéreuse approuvée par la FDA avec une nanotechnologie émergente de torréfaction des tumeurs, Des chercheurs de l'Université Duke ont amélioré l'efficacité des deux thérapies dans une étude de validation de principe utilisant des souris.
La puissante combinaison a également attaqué les tumeurs satellites et les cellules cancéreuses distantes, guérir complètement deux souris et vacciner efficacement une contre la maladie. Les résultats sont apparus en ligne dans Rapports scientifiques le 17 août.
"Le traitement idéal contre le cancer est non invasif, sûr et utilise plusieurs approches, " dit Tuan Vo-Dinh, le professeur R. Eugene et Susie E. Goodson de génie biomédical, professeur de chimie, et directeur du Fitzpatrick Institute for Photonics à l'Université Duke. "Nous visons également à activer le propre système immunitaire du patient pour éradiquer les tumeurs métastatiques résiduelles. Si nous pouvons créer une immunité anticancéreuse à long terme, alors nous aurions vraiment un remède."
La nouvelle approche repose sur une technologie « d'immunothérapie photothermique » développée par un groupe interdisciplinaire de chercheurs de Duke qui utilise des lasers et des nanoétoiles d'or pour chauffer et détruire les tumeurs en combinaison avec un médicament immunothérapeutique.
Cette thérapie photothermique repose sur le fait largement démontré que les nanoparticules s'accumulent préférentiellement au sein d'une tumeur en raison de sa vascularisation qui fuit.
Alors que plusieurs chercheurs dans le monde poursuivent de telles techniques utilisant des nanoparticules, Vo-Dinh a été le pionnier du développement d'un type unique de nanoparticules appelées nanostars d'or, qui ont l'avantage de la géométrie. Parce que les nanostars d'or ont plusieurs pointes acérées, ils sont capables de capter plus efficacement l'énergie du laser. Cela leur permet de travailler avec moins d'exposition, les rendant plus efficaces plus profondément dans un tissu.
"Les pointes nanostar fonctionnent comme des paratonnerres, concentrer l'énergie électromagnétique à leurs extrémités, " a déclaré Vo-Dinh. "Nous avons déjà expérimenté ces nanoétoiles d'or pour traiter des tumeurs, mais nous voulions savoir si nous pouvions également traiter des tumeurs dont nous ne savions même pas qu'elles existaient ou des tumeurs qui se sont propagées dans tout le corps."
Pour attaquer les cellules cancéreuses distantes en dehors du site de traitement, Vo-Dinh a fait équipe avec ses collègues Brant Inman et Greg Palmer dans les départements de chirurgie et de radio-oncologie du Duke University Medical Center, et Paolo Maccarini de Duke Biomedical Engineering. Ils ont combiné cette thérapie nanostar d'or avec une immunothérapie contre le cancer récemment approuvée par la FDA et en usage clinique.
Les nanoétoiles d'or (taches blanches) s'accumulent préférentiellement dans une tumeur (à gauche) et sont rares dans les tissus normaux (à droite). Crédit :Tuan Vo-Dinh, université de Duke
Normalement, le système immunitaire du corps protège contre la croissance des cellules cancéreuses. De nombreuses tumeurs, cependant, surproduire une molécule appelée PD-L1, qui désactive efficacement les cellules T, principaux soldats du système immunitaire.
Plusieurs produits pharmaceutiques sont en cours de développement pour tenter de bloquer l'action de PD-L1, permettant au système immunitaire de détruire les cellules cancéreuses. Inman a été actif dans le développement précoce et l'utilisation clinique actuelle de ces médicaments, qui ont été utilisés dans cette étude, pour traiter le cancer de la vessie.
Dans l'expérience, les chercheurs de Duke ont injecté des cellules cancéreuses de la vessie dans les deux pattes postérieures d'un groupe de souris. Après avoir attendu que les tumeurs se développent, les chercheurs ont commencé à essayer différents types de traitements, mais uniquement sur l'une des jambes.
Ceux qui n'ont reçu aucun traitement ont tous rapidement succombé au cancer, comme l'ont fait ceux qui ne reçoivent que la photothérapie au nanostar d'or, parce que le traitement n'a rien fait pour affecter la tumeur dans la jambe non traitée. Alors que quelques souris ont bien répondu à l'immunothérapie seule, avec le médicament calant les deux tumeurs, aucun n'a survécu plus de 49 jours.
Le groupe traité à la fois avec l'immunothérapie et la photothérapie au nanostar d'or s'en est bien mieux sorti, avec deux des cinq souris survivant plus de 55 jours.
"Quand une tumeur meurt, il libère des particules qui déclenchent le système immunitaire pour attaquer les restes, " dit Vo-Dinh. " En détruisant la tumeur primitive, nous avons activé le système immunitaire contre les cellules cancéreuses restantes, et l'immunothérapie les a empêchés de se cacher."
Le traitement combiné a si bien fonctionné que, un peu surpris, une souris est encore en vie près d'un an sans récidive du cancer. Même un mois plus tard, lorsque les chercheurs ont injecté plus de cellules cancéreuses, le système immunitaire de la souris les a attaqués et détruits sans problème, indiquant un effet vaccinal chez la souris guérie.
"C'est notre objectif, notre rêve, " dit Vo-Dinh.
Alors que les chercheurs ont mené cette expérience de validation de principe avec un petit nombre de souris, les résultats sont encourageants. Les chercheurs de Duke prévoient maintenant de faire un suivi avec des cohortes plus importantes et de travailler avec d'autres chercheurs cliniques pour tester le traitement sur des modèles murins de cerveau, cancer du sein et du poumon.
