Une technique d'imagerie in vivo basée sur des nanoparticules, la première du genre, qui pourrait un jour être utilisée pour aider à diagnostiquer et même à traiter le cancer, a été développée par des chercheurs de l'État du Michigan, Universités Johns Hopkins et Stanford.

La technique capture des propriétés mécaniques chez des sujets vivants qui sondent les relations fondamentales entre la physique et la biologie in vivo (dans un organisme vivant). Les résultats sont publiés dans la revue Matériaux aujourd'hui .

Bryan Smith, professeur agrégé de génie biomédical à MSU, travaillé avec des collègues pour développer les minuscules particules, lequel, une fois à l'intérieur des cellules vivantes, peut révéler des informations importantes sur la structure cellulaire, y compris la façon dont les cellules tumorales changent physiquement lorsqu'elles forment une tumeur.

"Nous avons conçu pour la première fois la capacité de mesurer et de quantifier les propriétés nanomécaniques de cellules vivantes individuelles dans le corps d'un animal vivant, " dit Smith.

Dans une étude plus tôt cette année, Smith et son équipe ont conçu des nanoparticules qui ont aidé à « ronger » l'athérosclérose, l'accumulation de plaque dans les artères qui peut conduire à une crise cardiaque. Les particules ont pénétré sélectivement les cellules du système immunitaire appelées macrophages, délivrer un médicament ordonnant aux cellules de dévorer les plaques nocives.

Maintenant, Smith et ses collègues ont créé une technique utilisant différentes nanoparticules qui peuvent être intégrées dans divers types de cellules, y compris les cellules cancéreuses du sein, chez les animaux vivants. L'analyse de la façon dont les particules se déplacent à l'intérieur de la cellule peut en révéler beaucoup sur ses propriétés physiques internes.

« Il n'existait auparavant aucune méthode pour examiner les propriétés mécaniques des sujets vivants, par exemple, chez les mammifères—avec une haute résolution spatiale, " Smith a déclaré. " De telles techniques promettent d'ouvrir des voies d'enquête entièrement nouvelles pour le diagnostic et le traitement de la maladie. "

Les propriétés mécaniques des tissus biologiques sont connues pour jouer un rôle majeur dans de nombreux états pathologiques, y compris les maladies cardiaques, inflammation et cancer, ainsi que la physiologie normale telle que la migration cellulaire et le développement de l'organisme. Dans l'étude actuelle, Smith et son équipe ont utilisé des nanoparticules pour comparer d'abord les propriétés mécaniques entre les cellules en culture - à la fois standard 2-D et 3-D - et chez les animaux vivants.

Le suivi du mouvement des nanoparticules a révélé que l'environnement dans lequel les cellules sont observées affecte considérablement leurs propriétés mécaniques, ce qui pourrait signifier que certains modèles cellulaires peuvent ne pas être des représentations aussi valables d'animaux vivants.

"Cela indique aux cancérologues intéressés par la mécanique du cancer que les conditions 2-D peuvent mal se répliquer, et que certaines conditions 3-D se rapprochent sensiblement, pour imiter les conditions au sein de la souris vivante, " dit Smith.

La partie suivante de l'expérience a examiné ce qui arrive réellement à la structure interne des cellules cancéreuses lorsqu'elles commencent à former des tumeurs. Les méthodes précédentes ne pouvaient pas répondre à la question car elles étaient trop invasives pour être testées sur des sujets vivants.

De nouveau, observer le mouvement des nanoparticules à l'intérieur des cellules, l'équipe a mesuré le degré de « conformité, " ou doux, les cellules étaient. Surtout, ils ont constaté que la souplesse des cellules normales restait stable au fil du temps, mais comme les cellules cancéreuses ont formé une tumeur sur une période d'une semaine, ils se raidirent.

"Nous avons découvert que lorsqu'une tumeur commence à se former chez une souris vivante, les cellules tumorales individuelles se raidissent mécaniquement. Il s'agit d'une découverte fondamentale qui est finalement susceptible d'avoir des implications pour la propagation du cancer (métastases) et la létalité des tumeurs, " a déclaré Smith. " La découverte a été rendue possible en intégrant des technologies d'imagerie et de suivi des particules de pointe de nos laboratoires et de ceux de nos collaborateurs. "

La recherche a un certain nombre d'applications prometteuses en médecine. L'une d'entre elles consiste simplement à évaluer quelles méthodes de culture cellulaire ressemblent suffisamment à des organismes vivants pour fournir des informations significatives. Une autre mesure les propriétés mécaniques cellulaires des fonctions biologiques courantes, y compris le développement des organes, dans les organismes vivants.

L'application la plus intéressante est peut-être le diagnostic et le traitement des maladies, dit Smith. Les nanoparticules pourraient être utilisées pour surveiller la santé des cellules et les types de changements qu'elles subissent dans les processus pathologiques, et peuvent même modifier cette évolution.

Smith et ses collègues prévoient d'étudier la formation et la dissémination des métastases cancéreuses, qui causent environ 90 % des décès par cancer.

"J'espère qu'un jour on pourra traiter la physique des métastases, " dit-il. " Mais, nous devons d'abord comprendre les mécanismes et comment leur changement affecte le comportement des cellules. Nous examinons maintenant cela."