Schémas de synthèse et structure des nanoparticules. Dans la dernière étape de modification de surface, des photosensibilisateurs sont ajoutés pour mettre en œuvre la thérapie photodynamique, ainsi que des molécules qui ciblent la tumeur. À l'extrême droite, le fonctionnement de la nanoparticule est représenté. Il montre le principe de l'imagerie par luminescence de conversion ascendante (UCL) sous irradiation lumineuse NIR, ainsi que la combinaison synergique activée par rayons X de la radiothérapie et de la thérapie photodynamique, surveillée par imagerie par luminescence rouge. Crédit :UvA/HIMS
Les chercheurs, le Dr Yansong Feng et le professeur Hong Zhang de l'Institut Van 't Hoff des sciences moléculaires de l'Université d'Amsterdam (UvA), ont conçu et synthétisé de nouvelles nanoparticules multicouches et multifonctionnelles qui permettent une combinaison de radiothérapie et de thérapie photodynamique pour les tissus cancéreux profonds. Une première évaluation préclinique des particules a démontré leur potentiel thérapeutique. Un brevet est en instance et l'université recherche maintenant des partenaires pour un développement ultérieur ou une licence.
L'originalité des nanoparticules est qu'elles permettent de combiner radiothérapie et thérapie photodynamique en n'utilisant que des rayons X. Les particules facilitent également l'imagerie des tissus profonds, permettant le ciblage guidé par l'image de la thérapie combinée.
Thérapie combinée
En thérapie photodynamique, la lumière visible est utilisée pour activer des photosensibilisateurs qui libèrent des espèces radicalaires d'oxygène pour détruire les cellules cancéreuses. Il attaque différentes parties d'une cellule cancéreuse par rapport à la radiothérapie conventionnelle utilisant des rayons X. L'utilisation combinée des deux thérapies améliore la destruction du tissu tumoral et réduit souvent la dose de rayons X requise. Cependant, comme la thérapie photodynamique est déclenchée par la lumière, il est difficile de l'utiliser pour traiter les tissus cancéreux situés profondément à l'intérieur du corps. Pour ce faire, il faut une procédure invasive telle que l'endoscopie à l'aide d'une fibre optique. Avec les rayons X, ce problème n'existe pas. Ils pénètrent facilement dans le corps et sont concentrés de telle manière qu'ils peuvent faire leur travail dévastateur sur le site de la tumeur.
En concevant des nanoparticules capables d'émettre de la lumière visible lors d'un rayonnement avec des rayons X, les chercheurs de l'UvA ont maintenant trouvé un moyen d'appliquer la thérapie photodynamique à des endroits profonds sans procédures invasives. Les particules ont été développées pendant le doctorat. recherche du Dr Yansong Feng, supervisée par le professeur Hong Zhang du groupe de recherche en photonique moléculaire de l'UvA.
Vue d'artiste de l'application d'une nanoparticule multicouche de 20 nanomètres pour la thérapie des tissus cancéreux profonds. Lorsqu'elles sont injectées dans le corps, les particules se fixent au site de la tumeur et aident à la localisation et à la thérapie. Crédit :Université d'Amsterdam
Ciblage guidé par l'image
La nanoparticule est constituée d'un noyau entouré de deux couches externes. La couche la plus externe est capable de scintillation, un processus qui convertit les rayons X en lumière visible et permet ainsi une thérapie photodynamique à n'importe quel endroit accessible par radiothérapie. La seconde couche est une couche tampon qui isole énergétiquement la couche scintillante du cœur des nanoparticules. Dans le noyau lui-même, les chercheurs ont mis en œuvre une autre caractéristique importante d'amélioration de la thérapie. Il est capable de luminescence de conversion ascendante, ce qui signifie qu'il peut changer la fréquence de la lumière. Les chercheurs ont réglé la conversion ascendante de manière à ce que la nanoparticule émette une lumière visible rouge lors de l'illumination avec un rayonnement proche infrarouge (NIR) ou des rayons X. De cette manière, ils ont effectivement créé la possibilité d'une thérapie guidée par l'image. Lors de l'illumination avec NIR, qui a une profondeur de pénétration relativement longue, les particules s'allument dans une couleur rouge intense et révèlent ainsi l'emplacement de la tumeur. Le noyau continue d'émettre de la lumière rouge pendant la radiothérapie à l'aide de rayons X, bien qu'à une intensité plus faible. La lumière rouge émise n'interfère pas avec la thérapie photodynamique.
Résultats des tests de suppression tumorale chez la souris. Les deux lignes ci-dessus indiquent l'importance des rayons X dans cette approche, car il n'y a pas d'effets de suppression tumorale évidents ni avec l'injection de la solution de nanoparticules ni avec une solution saline tamponnée au phosphate inoffensive. Les deux lignes du bas indiquent l'efficacité des nanoparticules :lorsqu'elles sont exposées aux rayons X, elles entraînent un volume tumoral considérablement réduit par rapport au groupe injecté avec la solution tampon. Crédit :UvA/HIMS
Évaluation préclinique positive
Comme preuve de principe, les chercheurs ont étudié les performances des nanoparticules dans des études de traitement du cancer avec des cultures cellulaires (in vitro) et des souris (in vivo). Cela a fourni une indication claire de la sécurité et du potentiel thérapeutique des particules.
En coopération avec Innovation Exchange Amsterdam (IXA, le bureau de transfert de technologie de l'université), les chercheurs recherchent maintenant des titulaires de licence et/ou des partenaires pour développer davantage cette nouvelle approche en une application commercialement viable, qui inclurait la réalisation d'essais précliniques et d'autres entrées dans des essais cliniques complets. Cela contribuerait à établir la sécurité des nanoparticules, leur facilité d'utilisation, leurs performances pendant le traitement et l'efficacité globale de leur application. Stratégie antitumorale précise obtenue grâce à des nanoparticules photo-commutables dopées aux lanthanides
