Un test d'urine simple et sensible développé par les ingénieurs de l'Imperial et du MIT a produit un changement de couleur dans l'urine pour signaler la croissance des tumeurs chez la souris.

Les outils qui détectent le cancer à ses débuts peuvent augmenter la survie et la qualité de vie des patients. Cependant, les approches de dépistage du cancer nécessitent souvent des équipements coûteux et des déplacements à la clinique, ce qui peut ne pas être faisable dans les zones rurales ou en développement avec peu d'infrastructures médicales.

Le domaine émergent des diagnostics au point de service travaille donc sur des solutions moins chères, plus rapide, et des tests plus faciles à utiliser. Une paire internationale de laboratoires d'ingénierie défend cette approche et a développé un outil qui modifie la couleur de l'urine de souris lorsque le cancer du côlon, également connu sous le nom de cancer de l'intestin, est présent.

Les résultats sont publiés dans Nature Nanotechnologie .

La technologie à un stade précoce, développé par des équipes dirigées par le professeur Molly Stevens de l'Imperial et le professeur Sangeeta Bhatia du MIT, fonctionne en injectant des nanocapteurs dans des souris, qui sont découpés par des enzymes libérées par des tumeurs appelées protéases.

Lorsque les nanocapteurs sont brisés par des protéases, ils passent par le rein, et peut être vu à l'œil nu après un test d'urine qui produit un changement de couleur bleue.

Les chercheurs ont appliqué cette technologie à des souris atteintes d'un cancer du côlon, et a découvert que l'urine de souris porteuses de tumeurs devient bleu vif, par rapport aux échantillons d'essai prélevés sur des souris saines.

Professeur Stevens, des départements des matériaux et de la bio-ingénierie de l'Impériale, dit :« En profitant de cette réaction chimique qui produit un changement de couleur, ce test peut être administré sans avoir besoin d'instruments de laboratoire coûteux et difficiles à utiliser.

"La simple lecture pourrait potentiellement être capturée par une image de smartphone et transmise aux soignants à distance pour connecter les patients au traitement."

Signaux de détection

Lorsque les tumeurs se développent et se propagent, ils produisent souvent des signaux biologiques appelés biomarqueurs que les cliniciens utilisent à la fois pour détecter et suivre la maladie.

Une famille d'enzymes tumorales connues sous le nom de métalloprotéinases matricielles (MMP) aide à favoriser la croissance et la propagation des tumeurs en "mâchant" les échafaudages tissulaires qui maintiennent normalement les cellules en place.

De nombreux types de cancer, y compris les tumeurs du côlon, produire des niveaux élevés de plusieurs enzymes MMP, dont un appelé MMP9.

Dans cette étude, l'équipe de l'Imperial-MIT a développé des nanocapteurs où des nanoclusters d'or ultra-petits (AuNCs) étaient connectés à une protéine porteuse appelée neutravidine, via des linkers cassés par les MMP9

Pour développer le test urinaire à changement de couleur, les chercheurs ont utilisé deux propriétés AuNC - leur très petite ( <2 nanomètres) taille, et leur capacité à provoquer un changement de couleur bleue lorsqu'ils sont traités avec un substrat chimique et du peroxyde d'hydrogène.

Les chercheurs ont conçu les complexes AuNC-protéine pour se désassembler après avoir été coupés par des MMP dans l'environnement tumoral ou le sang. Une fois brisé, les AuNC libérés voyagent par le sang jusqu'aux reins, où ils sont assez petits pour être filtrés à travers et dans l'urine.

Chez des souris saines sans taux élevés de MMP, les complexes restent intacts, et sont trop gros pour passer dans l'urine. Si les AuNC ont été concentrés dans l'urine, un test chimique produira un changement de couleur bleue visible à l'œil nu.

Pour cette étude, les chercheurs ont développé des capteurs qui sont découpés par des MMP particuliers et les ont testés sur des souris. Les chercheurs ont démontré que leur test de changement de couleur pouvait détecter avec précision quels échantillons d'urine provenaient de souris atteintes de tumeurs du côlon dans une étude de 28 souris injectées avec les capteurs, où 14 souris étaient en bonne santé et 14 avaient des tumeurs du côlon.

Dans la demi-heure suivant le traitement chimique, seule l'urine de souris atteintes de tumeurs du côlon était d'un bleu intense. Par contre, l'urine des souris témoins saines n'a présenté aucun changement de couleur.

L'équipe a également conçu les surfaces AuNC pour qu'elles soient « invisibles » par le système immunitaire afin de prévenir les réactions immunitaires ou les effets secondaires toxiques, et d'éviter que des protéines sériques abondantes ne s'y collent, ce qui rendrait les nanocapteurs trop gros pour être filtrés par les reins.

Au cours d'un suivi de quatre semaines après l'administration du nanocapteur, les souris n'ont montré aucun signe d'effets secondaires, et il n'y avait aucune preuve que le complexe protéine-capteur ou les AuNC libres persistaient dans le corps des souris.

Co-premier auteur Dr Colleen Loynachan, du Département des matériaux de l'Impériale, a déclaré :« Les AuNC sont similaires aux matériaux déjà utilisés en clinique pour l'imagerie des tumeurs, mais ici, nous profitons de leurs propriétés uniques pour nous donner des informations supplémentaires sur la maladie. Cependant, il y a encore beaucoup d'optimisation et de tests nécessaires avant que la technologie puisse aller au-delà du laboratoire."

Diagnostic accessible

Prochain, l'équipe s'efforcera d'augmenter la spécificité et la sensibilité des capteurs en les testant dans davantage de modèles animaux afin d'étudier la précision et la sécurité du diagnostic.

Co-premier auteur Ava Soleimany, du MIT, a déclaré :« Les protéases jouent un rôle fonctionnel dans un certain nombre de maladies telles que le cancer et les maladies infectieuses. En concevant des versions de nos capteurs qui peuvent être coupées par différentes protéases, nous pourrions appliquer ce test basé sur la couleur pour détecter une diversité de conditions."

Les chercheurs travaillent maintenant sur une formulation plus facile à administrer, et identifier des moyens de rendre les capteurs sensibles à de multiples biomarqueurs afin de faire la distinction entre les cancers et d'autres maladies.