Des chercheurs de l'Université Rice et de l'Université Northwestern ont chargé des nanocoquilles activées par la lumière (or et bleu clair) avec le médicament anticancéreux lapatinib (jaune) en enveloppant le médicament dans une enveloppe d'albumine (bleu). La lumière d'un laser proche infrarouge (au centre) a été utilisée pour déclencher à distance la libération du médicament (à droite) après que les nanocoquilles aient été absorbées par les cellules cancéreuses. Crédit :A. Goodman/Université Rice
Des chercheurs qui étudient les moyens d'administrer de fortes doses de médicaments anticancéreux à l'intérieur des tumeurs ont montré qu'ils pouvaient utiliser un laser et des nanoparticules d'or activées par la lumière pour déclencher à distance la libération de médicaments anticancéreux approuvés à l'intérieur de cellules cancéreuses dans des cultures de laboratoire.
L'étude menée par des chercheurs de la Rice University et de la Northwestern University Feinberg School of Medicine apparaît dans la première édition en ligne de cette semaine du Actes de l'Académie nationale des sciences . Il a utilisé des nanocoquilles d'or pour administrer des doses toxiques de deux médicaments, le laatinib et le docétaxel, à l'intérieur des cellules cancéreuses du sein. Les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient utiliser un laser pour déclencher à distance les particules afin de libérer les médicaments après leur entrée dans les cellules.
Bien que les tests aient été menés avec des cultures cellulaires en laboratoire, la recherche a été conçue pour démontrer l'applicabilité clinique :les nanoparticules sont non toxiques, les médicaments sont largement utilisés et la faible puissance, le laser infrarouge peut briller de manière non invasive à travers les tissus et atteindre les tumeurs à plusieurs centimètres sous la peau.
« Dans les études futures, nous prévoyons d'utiliser une stratégie de cheval de Troie pour faire pénétrer les nanocoquilles chargées de drogue à l'intérieur des tumeurs, " dit Naomi Halas, un ingénieur, chimiste et physicien de l'Université Rice qui a inventé les nanocoquilles d'or et a passé plus de 15 ans à rechercher leur potentiel anticancéreux. " Macrophages, un type de globule blanc dont il a été démontré qu'il pénètre dans les tumeurs, transportera les complexes médicament-particule dans les tumeurs, et une fois là-bas, nous utilisons un laser pour libérer les médicaments."
Co-auteur Susan Clare, professeur agrégé de recherche en chirurgie à la Northwestern University Feinberg School of Medicine, a déclaré que l'étude du PNAS a été conçue pour démontrer la faisabilité de l'approche du cheval de Troie. En plus de démontrer que des médicaments pouvaient être libérés à l'intérieur des cellules cancéreuses, l'étude a également montré que dans les macrophages, les médicaments ne se sont pas détachés avant le déclenchement.
« Faire pénétrer les médicaments chimiothérapeutiques dans les tumeurs est très difficile, " dit Claire, également un chirurgien du cancer du sein de Northwestern Medicine. "Les médicaments ont tendance à être expulsés des tumeurs plutôt qu'aspirés. Pour obtenir une dose efficace au niveau de la tumeur, les patients doivent souvent prendre une telle quantité de médicament que les nausées et autres effets secondaires deviennent graves. Notre espoir est que la combinaison des macrophages et de la libération déclenchée de médicaments augmentera la dose efficace de médicaments dans les tumeurs afin que les patients puissent en prendre moins plutôt que plus. »
En combinant des coupes transversales d'une cellule macrophage du x-, axes y et z, les chercheurs ont pu examiner comment les complexes nanoshell-médicament (rouge) étaient distribués à l'intérieur des cellules après une période d'incubation de 24 heures. Un colorant a été utilisé pour distinguer le noyau cellulaire (bleu). Crédit :O. Neumann/Université Rice
Si l'approche fonctionne, Claire a dit, il pourrait entraîner moins d'effets secondaires et potentiellement être utilisé pour traiter de nombreux types de cancer. Par exemple, l'un des médicaments de l'étude, lapatinib, fait partie d'une large classe de chimiothérapies appelées inhibiteurs de la tyrosine kinase qui ciblent des protéines spécifiques liées à différents types de cancer. Les autres médicaments de cette classe approuvés par la Federal Drug Administration comprennent l'imatinib (leucémie), géfitinib (sein, poumon), erlotinib (poumon, pancréatique), sunitinib (estomac, rein) et le sorafénib (foie, thyroïde et rein).
"Tous les inhibiteurs de tyrosine kinase sont notoirement insolubles dans l'eau, " a déclaré Amanda Goodman, une ancienne élève de Rice et auteur principal de l'étude PNAS. "En tant que classe de médicaments, ils ont une faible biodisponibilité, ce qui signifie qu'une proportion relativement faible du médicament dans chaque pilule tue en fait les cellules cancéreuses. Si notre méthode fonctionne pour le lapatinib et le cancer du sein, cela peut aussi fonctionner pour les autres médicaments de la classe. »
Halas a inventé les nanocoquilles à Rice dans les années 1990. Environ 20 fois plus petit qu'un globule rouge, ils sont constitués d'une sphère de verre recouverte d'une fine couche d'or. Les nanocoquilles peuvent être réglées pour capturer l'énergie à partir de longueurs d'onde spécifiques de la lumière, y compris le proche infrarouge (proche IR), une longueur d'onde non visible qui traverse la plupart des tissus du corps. Nanospectres Biosciences, un licencié de cette technologie, a effectué plusieurs essais cliniques au cours de la dernière décennie en utilisant des nanocoquilles comme agents photothermiques qui détruisent les tumeurs avec la lumière infrarouge.
La collaboration de Clare et Halas sur l'administration de médicaments à base de nanoshell a commencé il y a plus de 10 ans. Dans des travaux antérieurs, ils ont montré qu'un laser à onde continue proche infrarouge, du même type que celui qui produit de la chaleur dans les applications photothermiques des nanocoquilles, pourrait être utilisé pour déclencher la libération de médicaments à partir des nanocoquilles.
Dans la dernière étude, Goodman a comparé l'utilisation du déclenchement et du déclenchement par laser à ondes continues avec un laser à impulsions de faible puissance. En utilisant chaque type de laser, elle a démontré la libération déclenchée à distance de médicaments à partir de deux types de conjugués nanoshell-médicament. Un type utilisait un ADN linker et le médicament docétaxel, et l'autre utilisait un revêtement d'albumine protéique du sang pour piéger et retenir le lapatinib. Dans chaque cas, Goodman a découvert qu'elle pouvait déclencher la libération du médicament après que les nanocoquilles aient été absorbées à l'intérieur des cellules cancéreuses. Elle n'a également trouvé aucune libération prématurée mesurable de médicaments dans les macrophages dans les deux cas.
Halas et Clare ont déclaré qu'ils espèrent commencer bientôt les tests sur les animaux de la technologie et disposer d'un modèle de souris établi qui pourrait être utilisé pour les tests.
« Je suis particulièrement enthousiasmé par le potentiel du lapatinib, " dit Clare. " La première fois que j'ai entendu parler du travail de Naomi, Je me suis demandé si cela pourrait être la solution pour administrer des médicaments à l'intérieur anoxique (appauvri en oxygène) des tumeurs où se cachent certaines des cellules cancéreuses les plus agressives. En tant que cliniciens, nous cherchons toujours des moyens d'empêcher le cancer de revenir des mois ou des années plus tard, et j'espère que cela peut le faire."
