La chimiothérapie est l'épine dorsale du traitement du cancer depuis des décennies, mais il est connu pour sa toxicité pour les cellules saines, effets secondaires graves, et un mauvais ciblage des tumeurs visées. Les efforts visant à améliorer l'efficacité et la tolérance de la chimiothérapie comprennent l'emballage des médicaments dans des nanoparticules, qui peut les protéger de la dégradation dans l'organisme, contrôler leur schéma de libération, et protéger le patient de certains des effets secondaires du médicament. Cependant, les nanoparticules n'ont jusqu'à présent pas montré d'accumulation significative dans les sites cibles, même lorsqu'ils sont conçus avec des protéines de surface conçues pour se lier à des tissus spécifiques, en grande partie parce qu'ils sont rapidement éliminés du sang par le foie et la rate.

Maintenant, une nouvelle technique appelée ELeCt (chimiothérapie à effet de levier sur les érythrocytes) développée au Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de Harvard et à la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) vise à résoudre ces problèmes en utilisant la vieille astuce du cheval de Troie pour faire passer de la drogue -Chargé des nanoparticules dans le tissu pulmonaire cancéreux en les montant sur les propres globules rouges du corps (érythrocytes). Lorsque les globules rouges se pressent fermement à travers les minuscules capillaires du poumon, les nanoparticules sont cisaillées et reprises par les cellules pulmonaires avec dix fois plus de succès que les nanoparticules flottantes, et a considérablement amélioré la survie des souris atteintes de métastases du cancer du poumon. La recherche est rapportée dans Avancées scientifiques .

« 30 à 55 % des patients atteints d'un cancer avancé ont des métastases pulmonaires, en raison de son grand nombre de capillaires, et il n'existe actuellement aucun traitement pour les métastases pulmonaires elles-mêmes, " a déclaré le co-premier auteur Zongmin Zhao, Doctorat., un boursier postdoctoral dans le laboratoire de Samir Mitragotri au Wyss Institute et au SEAS. « ELeCt exploite ces mêmes vaisseaux sanguins pour délivrer efficacement des médicaments qui combattent les métastases pulmonaires, et a un fort potentiel pour être développé dans un traitement clinique."

Pour créer le système ELeCt, Zhao et ses collaborateurs ont chargé de la doxorubicine, un médicament courant de chimiothérapie anticancéreuse, en minuscules nanoparticules composées d'un polymère biodégradable appelé PLGA. Ils ont ensuite incubé les nanoparticules avec des érythrocytes de souris et humains, et ont constaté qu'ils se liaient aux surfaces des cellules avec une grande efficacité et sans les endommager, permettant d'ajuster la dose du médicament transporté par les érythrocytes pour s'adapter aux différents dosages requis.

L'équipe a ensuite soumis des nanoparticules liées aux érythrocytes à une contrainte de cisaillement correspondant aux poumons in vitro pour simuler les conditions rencontrées par les érythrocytes lorsqu'ils se pressent à travers les capillaires pulmonaires, et j'ai observé que> 75% des nanoparticules ont été cisaillées des cellules de souris et humaines. Ils ont ensuite injecté des érythrocytes de souris chargés de la construction ELeCt dans les veines de souris vivantes atteintes d'un mélanome qui s'était métastasé dans leurs poumons, et a trouvé une teneur en médicament remarquable 16 fois plus élevée dans les poumons après 20 minutes par rapport aux souris qui avaient reçu des nanoparticules libres. Une partie substantielle des nanoparticules déposées a pénétré profondément dans les tumeurs métastatiques, suggérant que cette méthode d'administration de médicament est plus précise et efficace que les méthodes existantes.

« L'effet secondaire le plus grave de la doxorubicine chez l'homme est la cardiotoxicité, et sur la base de nos expériences, ELeCt peut garantir qu'une plus grande partie du médicament se retrouve dans les poumons plutôt que dans le cœur, " a déclaré le co-premier auteur Anvay Ukidve, un étudiant diplômé du laboratoire de Mitragotri à SEAS. "Cette avancée pourrait réduire considérablement le danger pour les patients cancéreux recevant ce médicament, et augmenter son efficacité contre les tumeurs pulmonaires."

Pour confirmer ce soupçon, l'équipe a surveillé le degré de métastase dans les poumons de souris atteintes d'une maladie à un stade précoce qui ont reçu ELeCt par rapport à celles qui ont reçu des nanoparticules libres, et a vu que les métastases étaient presque complètement inhibées chez toutes les souris recevant ELeCt au cours des 23 jours, une amélioration de 300 fois par rapport à l'état des souris ayant reçu une injection de nanoparticules libres. ELeCt a également amélioré la survie des souris traitées de 32 jours, tandis que les souris traitées avec des nanoparticules libres n'ont survécu que 3 jours de plus. Lorsqu'ils ont répété l'expérience avec des souris atteintes d'une maladie à un stade avancé, leur survie a été prolongée de 9 jours avec ELeCt alors que les nanoparticules libres n'ont produit aucun bénéfice de survie.

En outre, toutes les souris traitées avec ELeCt ont maintenu un poids corporel sain tandis que les souris recevant une injection de médicament libre ont subi une perte de poids significative, suggérant que les effets secondaires de la doxorubicine étaient également atténués par ELeCt. Les chercheurs ont également démontré que d'autres agents chimiothérapeutiques pouvaient être chargés dans les nanoparticules et liés aux érythrocytes, dont le paclitaxel, docétaxel, méthotrexate, et une combinaison de 5-fluorouracile et de méthotrexate.

"Notre système ELeCt fournit simultanément des solutions à un certain nombre de problèmes qui affligent les traitements de chimiothérapie actuels, y compris les effets secondaires toxiques, doses élevées requises, faibles niveaux de pénétration dans les tissus cibles, dégagement rapide du corps, et la libération prématurée d'un médicament à partir de nanoparticules, " a déclaré l'auteur correspondant Mitragotri, qui est membre du corps professoral de l'Institut Wyss ainsi que professeur Hiller de bio-ingénierie et professeur Hansjörg Wyss d'ingénierie biologiquement inspirée à SEAS.

D'autres études tenteront de découvrir les mécanismes de liaison des nanoparticules aux globules rouges, afin que la quantité de cisaillement nécessaire pour les retirer (et donc la dose de médicament délivrée) puisse être ajustée. L'équipe prévoit également de déterminer le schéma posologique idéal pour maximiser l'inhibition des métastases ainsi que la capacité d'ELeCt à traiter les métastases pulmonaires d'origine humaine, une étape cruciale vers la traduction de la plateforme ELeCt en un outil clinique pour le traitement du cancer.

« Cette technologie représente potentiellement une énorme avancée en termes d'augmentation de l'efficacité et de diminution de la toxicité des chimiothérapies anticancéreuses existantes. C'est également un excellent exemple de percées médicales qui peuvent être réalisées en tirant parti des dans ce cas cellulaire, des systèmes de livraison que la nature a déjà optimisés au cours de milliers d'années d'évolution, " a déclaré le directeur fondateur du Wyss Institute, Donald Ingber, MARYLAND., Doctorat., qui est également le professeur Judah Folkman de biologie vasculaire à la Harvard Medical School, le programme de biologie vasculaire du Boston Children's Hospital, et professeur de bio-ingénierie à SEAS.