La chimiothérapie comme traitement du cancer est l’une des plus grandes réussites médicales du 20e siècle, mais elle est loin d’être parfaite. Quiconque a subi une chimiothérapie ou a fait subir une chimiothérapie à un ami ou à un proche connaîtra ses nombreux effets secondaires :perte de cheveux, nausées, système immunitaire affaibli, et même infertilité et lésions nerveuses.

C’est parce que les médicaments de chimiothérapie sont toxiques. Ils sont censés tuer les cellules cancéreuses en les empoisonnant, mais comme les cellules cancéreuses dérivent de cellules saines et leur sont sensiblement similaires, il est difficile de créer un médicament qui les tue sans également nuire aux tissus sains.

Mais maintenant, deux équipes de recherche de Caltech ont créé un tout nouveau type de système d'administration de médicaments, qui, selon elles, pourrait enfin donner aux médecins la possibilité de traiter le cancer de manière plus ciblée. Le système utilise des médicaments activés par ultrasons, et uniquement là où ils sont nécessaires dans le corps.

Le système a été développé dans les laboratoires de Maxwell Robb, professeur adjoint de chimie, et de Mikhail Shapiro, professeur Max Delbrück de génie chimique et de génie médical et chercheur au Howard Hughes Medical Institute.

Dans un article paru dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences , les chercheurs montrent comment ils ont combiné des éléments de chacune de leurs spécialités pour créer la plateforme. L'article s'intitule "Contrôle à distance des réactions mécanochimiques dans des conditions physiologiques à l'aide d'ultrasons focalisés biocompatibles".

Travaillant en collaboration, les deux équipes de recherche ont associé des vésicules de gaz (capsules de protéines remplies d'air présentes dans certaines bactéries) et des mécanophores (molécules qui subissent une modification chimique lorsqu'elles sont soumises à une force physique). Le laboratoire de Shapiro a déjà utilisé des vésicules de gaz en conjonction avec des ultrasons pour imager des cellules individuelles et déplacer précisément les cellules.

Le laboratoire de Robb, pour sa part, a créé des mécanophores qui changent de couleur lorsqu'ils sont étirés, ce qui les rend utiles pour détecter les contraintes dans les structures, ainsi que d'autres mécanophores capables de libérer une molécule plus petite, notamment un médicament, en réponse à un stimulus mécanique. Pour ce nouveau travail, ils ont imaginé un moyen d'utiliser les ondes ultrasonores comme stimulus.

"Nous y réfléchissons depuis très longtemps", dit Robb. "Cela a commencé lorsque je suis arrivé à Caltech et que Mikhail et moi avons commencé à avoir des conversations sur les effets mécaniques des ultrasons."

Alors qu’ils commençaient à étudier la combinaison des mécanophores et des ultrasons, ils ont découvert un problème :les ultrasons pouvaient activer les mécanophores, mais seulement à une intensité si forte qu’ils endommageaient également les tissus voisins. Ce dont les chercheurs avaient besoin, c'était d'un moyen de concentrer l'énergie des ultrasons là où ils le souhaitaient. Il s'est avéré que la technologie des vésicules de gaz de Shapiro fournissait la solution.

Dans ses travaux précédents, Shapiro a utilisé la tendance des vésicules à vibrer ou à « sonner » comme une cloche lorsqu'elles sont bombardées d'ondes ultrasonores. Cependant, dans les recherches actuelles, les vésicules sonnent si fort qu'elles se brisent, ce qui concentre l'énergie ultrasonore. Les vésicules deviennent en effet de minuscules bombes dont les explosions activent le mécanophore.

"L'application d'une force par ultrasons repose généralement sur des conditions très intenses qui déclenchent l'implosion de minuscules bulles de gaz dissous", explique Molly McFadden, Ph.D., co-auteur de l'étude. "Leur effondrement est la source de la force mécanique qui active le mécanophore. Les vésicules ont une sensibilité accrue aux ultrasons. En les utilisant, nous avons découvert que la même activation du mécanophore peut être obtenue sous des ultrasons beaucoup plus faibles."

Yuxing Yao, chercheur postdoctoral associé au laboratoire de Shapiro, affirme que c'est la première fois que les ultrasons focalisés sont capables de contrôler une réaction chimique spécifique dans un contexte biologique.

"Auparavant, les ultrasons étaient utilisés pour perturber ou déplacer des objets", explique Yao. "Mais maintenant, cela nous ouvre une nouvelle voie grâce à la mécanochimie."

Jusqu'à présent, la plateforme n'a été testée que dans des conditions contrôlées en laboratoire, mais à l'avenir, les chercheurs prévoient de la tester sur des organismes vivants.

Plus d'informations : Yuxing Yao et al, Contrôle à distance des réactions mécanochimiques dans des conditions physiologiques à l'aide d'ultrasons focalisés biocompatibles, Actes de l'Académie nationale des sciences (2023). DOI :10.1073/pnas.2309822120. www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2309822120

Informations sur le journal : Actes de l'Académie nationale des sciences

Fourni par l'Institut de technologie de Californie