Les métastases cérébrales, comme on appelle ces tumeurs secondaires, proviennent le plus souvent de tumeurs solides comme le cancer du sein, du poumon et du côlon et sont souvent associées à un mauvais pronostic. Lorsque le cancer atteint le cerveau, il peut être difficile pour le traitement de suivre, en partie à cause de la barrière hémato-encéphalique, une membrane presque impénétrable qui sépare le cerveau du reste du corps.

La nanoparticule de l'équipe Sylvester pourrait un jour être utilisée pour traiter les métastases avec l'avantage supplémentaire de traiter la tumeur primaire en même temps, selon Shanta Dhar, Ph.D., professeur agrégé de biochimie et de biologie moléculaire et directeur adjoint de la technologie. et Innovation chez Sylvester, qui a dirigé l'étude. Elle est l'auteur principal d'un article publié le 6 mai dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences. .

En chargeant la particule avec deux promédicaments ciblant les mitochondries, le centre de production d'énergie de la cellule, les chercheurs ont montré que leur méthode pouvait réduire les tumeurs du sein et du cerveau lors d'études précliniques.

« Je dis toujours que la nanomédecine est l'avenir, mais bien sûr, nous sommes déjà dans cet avenir », a déclaré Dhar, faisant référence aux vaccins contre le COVID-19 disponibles dans le commerce, qui utilisent des nanoparticules dans leur formulation. "La nanomédecine est certainement aussi l'avenir des thérapies contre le cancer."

La nouvelle méthode utilise une nanoparticule constituée d'un polymère biodégradable, précédemment développé par l'équipe de Dhar, associée à deux médicaments également développés dans son laboratoire qui ciblent les sources d'énergie du cancer. Étant donné que les cellules cancéreuses ont souvent une forme de métabolisme différente de celle des cellules saines, étouffer leur métabolisme peut être un moyen efficace de tuer les tumeurs sans nuire aux autres tissus.

L’un de ces médicaments est une version modifiée d’un médicament de chimiothérapie classique, le cisplatine, qui tue les cellules cancéreuses en endommageant l’ADN des cellules à croissance rapide, stoppant ainsi leur croissance. Mais les cellules tumorales peuvent réparer leur ADN, conduisant parfois à une résistance au cisplatine.

L'équipe de Dhar a modifié le médicament pour déplacer sa cible de l'ADN nucléaire, l'ADN qui constitue nos chromosomes et notre génome, vers l'ADN mitochondrial. Les mitochondries sont les sources d'énergie de nos cellules et contiennent leurs propres génomes, beaucoup plus petits. Et, surtout à des fins thérapeutiques contre le cancer, elles ne disposent pas du même mécanisme de réparation de l'ADN que nos génomes plus grands.

Parce que les cellules cancéreuses peuvent basculer entre différentes sources d'énergie pour soutenir leur croissance et leur prolifération, les chercheurs ont combiné leur cisplatine modifié, qu'ils appellent Platine-M et qui attaque le processus de génération d'énergie connu sous le nom de phosphorylation oxydative, avec un autre médicament qu'ils ont développé, le Mito-DCA. , qui cible spécifiquement une protéine mitochondriale connue sous le nom de kinase et inhibe la glycolyse, un autre type de génération d'énergie.

Dhar a déclaré que le développement d'une nanoparticule pouvant accéder au cerveau était un long chemin. Elle a travaillé sur les nanoparticules pendant toute sa carrière indépendante et, dans un projet précédent étudiant différentes formes de polymères, les chercheurs ont remarqué qu'une petite fraction de certaines de ces nanoparticules atteignait le cerveau lors d'études précliniques. En perfectionnant davantage ces polymères, l'équipe de Dhar a développé une nanoparticule capable de traverser à la fois la barrière hémato-encéphalique et la membrane externe des mitochondries.

"Il y a eu beaucoup de hauts et de bas pour comprendre cela, et nous travaillons toujours à comprendre le mécanisme par lequel ces particules traversent la barrière hémato-encéphalique", a déclaré Dhar.

L’équipe a ensuite testé les nanoparticules spécialisées chargées de médicaments dans des études précliniques et a découvert qu’elles permettaient de réduire à la fois les tumeurs du sein et les cellules cancéreuses du sein qui étaient ensemencées dans le cerveau pour y former des tumeurs. La combinaison nanoparticule-médicament s'est également révélée non toxique et a considérablement prolongé la survie dans les études en laboratoire.

Ensuite, l’équipe souhaite tester sa méthode en laboratoire pour reproduire plus fidèlement les métastases cérébrales humaines, peut-être même en utilisant des cellules cancéreuses dérivées de patients. Ils souhaitent également tester le médicament sur des modèles de laboratoire de glioblastome, un cancer du cerveau particulièrement agressif.

"Je suis vraiment intéressé par la chimie des polymères, et son utilisation à des fins médicales me fascine vraiment", a déclaré Akash Ashokan, doctorant à l'Université de Miami travaillant dans le laboratoire de Dhar et co-premier auteur de l'étude avec la doctorante Shrita Sarkar. "C'est formidable de voir cela appliqué aux traitements contre le cancer."