La mélanine, pigment foncé de la peau, protège contre les rayons nocifs du soleil en absorbant l'énergie lumineuse et en la convertissant en chaleur. Cela pourrait en faire un outil très efficace dans le diagnostic et le traitement des tumeurs, comme l'a démontré une équipe de l'Université technique de Munich (TUM) et Helmholtz Zentrum München. Les scientifiques ont créé des nanoparticules dérivées de la membrane cellulaire chargées de mélanine, qui a amélioré l'imagerie tumorale dans un modèle animal tout en ralentissant la croissance de la tumeur.

Les nanoparticules sont considérées comme une arme prometteuse dans la lutte contre les tumeurs du fait que le tissu tumoral les absorbe plus facilement que les cellules saines car leur système vasculaire est plus perméable. Un bon exemple est fourni par les vésicules membranaires externes (OMV), qui sont essentiellement de petites bulles entourées d'une membrane bactérienne. Ces particules de 20 à 200 nanomètres sont intéressantes car biocompatibles, biodégradable et peut être produit facilement et à moindre coût dans des bactéries, même en gros volumes. Une fois chargé en actifs médicinaux, ils sont faciles à administrer.

Nanoparticules transportant une cargaison noire

L'énorme potentiel des OMV dans le diagnostic et le traitement des tumeurs a été démontré par le Pr Vasilis Ntziachristos, Professeur d'imagerie biologique à la TUM, et son équipe. Leur travail s'appuie sur les propriétés caractéristiques des OMV et de la mélanine.

Dr Vipul Gujrati, premier auteur de l'étude, explique le principe :« La mélanine absorbe très facilement la lumière, même dans le spectre infrarouge. Nous utilisons cette lumière dans notre technique d'imagerie optoacoustique pour le diagnostic des tumeurs. Elle convertit simultanément cette énergie absorbée en chaleur, qui est alors émis. La chaleur est également un moyen de lutter contre les tumeurs - d'autres chercheurs explorent actuellement cette méthode dans des essais cliniques."

Optoacoustique, une méthode qui a été considérablement avancée par Ntziachristos, combine les avantages de l'imagerie optique et de la technologie des ultrasons. De faibles impulsions laser chauffent doucement le tissu, l'amenant à se dilater brièvement très légèrement. Des signaux ultrasonores sont produits lorsque le tissu se contracte à nouveau en se refroidissant. Les signaux mesurés varient en fonction du type de tissu. Les scientifiques les enregistrent avec des détecteurs spéciaux et les « traduisent » en images tridimensionnelles. Les molécules de capteur ou les sondes (telles que les OMV) peuvent encore améliorer la spécificité et la précision de la technique.

L'accumulation de chaleur réduit la croissance tumorale

Les scientifiques ont d'abord dû surmonter un problème spécifique à la mélanine :elle est peu soluble dans l'eau et donc difficile à administrer. C'est là que les OMV sont entrés en jeu. Les chercheurs ont conçu des bactéries de manière à produire de la mélanine et à la stocker dans leurs nanoparticules dérivées de la membrane. Ils ont ensuite testé les nanoparticules noires sur des souris présentant des tumeurs dans le bas du dos. Les particules ont été injectées directement dans la tumeur, qui a été excité avec des impulsions laser infrarouges dans le cadre de la procédure optoacoustique.

Les OMV se sont avérés être des sondes de détection appropriées pour cette technique de diagnostic car ils ont fourni des images à contraste élevé de la tumeur. Ils sont également bien adaptés aux approches de thérapie photothermique, où le tissu tumoral est chauffé avec des impulsions laser plus puissantes afin de tuer les cellules cancéreuses. La mélanine contenue dans les nanoparticules a fait passer la température du tissu tumoral de 37 °C à 56 °C. Les tumeurs témoins sans mélanine n'ont atteint qu'une température maximale de 39 °C. Dans les dix jours suivant le traitement, les tumeurs se sont développées à un rythme significativement plus lent que celles du groupe témoin qui n'avaient pas reçu d'OMV de mélanine. Cet effet thermique a été amplifié par un autre effet positif des particules :En provoquant une légère inflammation non spécifique dans le tissu tumoral, le système immunitaire a été déclenché pour attaquer la tumeur.

"Nos nanoparticules de mélanine s'intègrent dans le nouveau domaine médical de la théranostique, où thérapie et diagnostic sont combinés. Cela en fait une option très intéressante pour une utilisation en pratique clinique, " dit Ntziachristos. Les scientifiques vont maintenant développer davantage leurs OMV pour les amener à une utilisation clinique à l'avenir.