L'un des principaux défis du développement efficace, des traitements anticancéreux ciblés est l'hétérogénéité des cellules cancéreuses elles-mêmes. Cette variation rend difficile la reconnaissance du système immunitaire, répondre et lutter activement contre les tumeurs. Maintenant, cependant, les nouvelles avancées des nanotechnologies permettent de livrer des produits ciblés, « vaccins » personnalisés pour traiter le cancer.

Une nouvelle étude, publié le 2 octobre 2020 en Avancées scientifiques , démontre l'utilisation de structures métal-organiques à l'échelle nanométrique chargées pour générer des radicaux libres à l'aide de rayons X dans le tissu tumoral pour tuer directement les cellules cancéreuses. Par ailleurs, les mêmes cadres peuvent être utilisés pour délivrer des molécules de signalisation immunitaire connues sous le nom de PAMP pour activer la réponse immunitaire contre les cellules tumorales. En combinant ces deux approches en un seul « vaccin, « Cette nouvelle technologie pourrait être la clé d'un meilleur traitement local et systémique des cancers difficiles à traiter.

Dans le cadre d'une collaboration entre le Lin Group du département de chimie de l'Université de Chicago et le laboratoire Weichselbaum de l'Université de médecine de Chicago, l'équipe de recherche a combiné l'expertise de la chimie inorganique et de la biologie du cancer pour s'attaquer au problème difficile de cibler et d'activer correctement une réponse immunitaire innée contre le cancer. Ce travail a tiré parti des propriétés uniques des structures métal-organiques à l'échelle nanométrique, ou nMOFs-structures à l'échelle nanométrique construites d'unités répétitives dans une formation de réseau qui sont capables d'infiltrer les tumeurs.

Ces nMOFs peuvent être irradiés avec des rayons X pour générer des concentrations élevées de radicaux libres d'oxygène, tuer les cellules cancéreuses directement et produire des antigènes et des molécules inflammatoires qui aident le système immunitaire à reconnaître et à éliminer les cellules cancéreuses, un peu comme un vaccin. Leur structure en treillis fait également des nMOF des transporteurs idéaux pour administrer des médicaments anticancéreux directement aux tumeurs. Jusqu'ici, cependant, il a été difficile d'activer les réponses immunitaires innées et adaptatives nécessaires à l'élimination des tumeurs cancéreuses.

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont encore affiné leur approche. Cette fois, ils ont généré un nouveau type de structure nMOF qui pourrait être chargé de médicaments connus sous le nom de modèles moléculaires associés aux agents pathogènes, ou PAMP. Maintenant, lorsque les nMOF ont été appliqués à des tumeurs cancéreuses, l'irradiation du tissu a eu un double effet :elle a déclenché les nMOFs pour tuer les cellules cancéreuses locales pour produire des antigènes contre la tumeur et a libéré les PAMPs, qui a alors déclenché une activation beaucoup plus forte de la réponse immunitaire aux antigènes tumoraux. Ce coup de poing était capable de tuer les cellules cancéreuses du côlon et du pancréas avec une grande efficacité, même dans des modèles tumoraux hautement résistants à d'autres types d'immunothérapie.

Dans d'autres expériences avec des souris, les chercheurs ont vu qu'ils pouvaient étendre les effets des nMOF même à des tumeurs distantes avec l'application d'inhibiteurs de points de contrôle, offrant un nouvel espoir pour le traitement du cancer à la fois localement et systémiquement avec cette approche.

"En incluant la livraison PAMP avec les nMOF, c'est la première fois que nous avons pu vraiment améliorer la réponse immunitaire aux antigènes, " a déclaré l'auteur principal Wenbin Lin, Doctorat., le professeur de chimie James Franck et chercheur principal en immunologie tumorale au Ludwig Cancer Center à UChicago. « Ceci est totalement différent de toutes nos études précédentes, car nous avons montré que les nMOF et les PAMP peuvent avoir un impact sur tous les aspects nécessaires à l'activation du système immunitaire. Nous pouvons utiliser cette nanoformulation pour permettre des vaccinations personnalisées contre le cancer qui fonctionneront sur n'importe quel patient. , car cette stratégie ne sera pas soumise à l'hétérogénéité que nous constatons parmi les différents patients. »

Les effets du traitement étaient si prononcés que les chercheurs sont impatients d'apporter la technologie aux essais cliniques, où d'autres versions de la technologie nMOF sont déjà testées, avec des résultats prometteurs jusqu'à présent.

« L'éclat de ce système est double, " a déclaré le co-auteur Ralph Weichselbaum, MARYLAND, le professeur Daniel K. Ludwig Distinguished Service de rayonnement et d'oncologie cellulaire et président du département de rayonnement et d'oncologie cellulaire à UChicago. "D'abord, il peut améliorer le contrôle local des tumeurs en augmentant le pouvoir destructeur des rayons X. Seconde, alors qu'il y a eu un intérêt pour l'utilisation des rayonnements pour stimuler la réponse immunitaire pour lutter contre le cancer, cela s'est avéré plus difficile que nous le pensions. Dans ce cas, les nMOFs sont capables d'activer les systèmes immunitaires innés et adaptatifs, ce qui rend cette technologie très prometteuse pour le traitement du cancer en clinique."

Déjà dans l'attente des prochaines étapes, les enquêteurs travaillent à affiner la technologie. « Nous affinons la conception du nMOF et sa livraison des PAMP, en préparation pour le tester chez l'homme, " a déclaré Lin. "Nous travaillons vraiment sur la meilleure formulation afin que nous puissions l'intégrer dans les essais cliniques, espérons-le dans les deux ou trois prochaines années, ou même plus tôt."

L'équipe attribue la nature interdisciplinaire et collaborative du campus Hyde Park de l'Université de Chicago et de la médecine à la création d'un espace où la chimie et la biologie du cancer se sont combinées pour produire une thérapie potentielle aussi prometteuse, ainsi que le soutien qu'ils ont reçu de Ludwig Cancer Research en cours de route.

"De la conception de ce projet et de son financement au démarrage des essais cliniques où nous sommes en mesure de tester la technologie dans des essais cliniques et d'obtenir de vraies données sur les patients, tout ce travail a été fait ici à UChicago, " a déclaré Weichselbaum. "Nous allons vraiment de découvrir quelque chose en laboratoire à le tester au chevet du patient."