La chimiothérapie est un pilier du traitement du cancer. Bien qu'efficace, cette thérapie tue sans discernement les cellules à division rapide, cancéreuses ou autres, de sorte que les patients subissent fréquemment des effets secondaires graves, limitant finalement son utilité.

Mais et s'il existait un moyen d'administrer un produit chimiothérapeutique inactif dans tout le corps et d'« activer » le médicament à l'intérieur d'une tumeur ? Cette stratégie pourrait limiter les effets secondaires tout en permettant potentiellement des traitements à plus forte dose (et plus efficaces).

Entrez les nanozymes. Ces enzymes artificielles, composées de nanomatériaux, peuvent réaliser des réactions chimiques prédéterminées, comme transformer un médicament inerte (ou promédicament) en sa forme fonctionnelle. S'ils sont injectés dans une tumeur et exposés à un promédicament, les nanozymes pourraient devenir des « usines à médicaments » localisées, activant sélectivement un médicament anticancéreux dans la tumeur tout en minimisant les dommages aux tissus sains.

Des bioingénieurs et des chimistes de l'Université du Massachusetts Amherst (UMass Amherst) ont développé un nanozyme capable de transformer une forme inactive du fluorouracile, un agent chimiothérapeutique couramment utilisé, en sa forme active. Lorsqu'ils sont évalués sur un modèle murin de cancer du sein, leur traitement pourrait réduire les tumeurs tout aussi efficacement qu'une chimiothérapie standard au fluorouracile, avec beaucoup moins de dommages au foie.

En augmentant les doses chimiothérapeutiques au niveau du site tumoral et non dans tout le corps, cette stratégie pourrait potentiellement apporter autant de bénéfices thérapeutiques que la chimiothérapie standard, avec une toxicité nettement inférieure. Les résultats de cette méthode ont été récemment publiés dans le Journal of Controlled Release. .

"Le développement de thérapies ciblées et plus sûres pour le traitement du cancer sera toujours une priorité majeure dans ce domaine", a expliqué Luisa Russell, Ph.D., directrice de programme à la Division des sciences et technologies de découverte du NIBIB. "Cette recherche démontre un moyen de rendre une chimiothérapie existante moins toxique sans sacrifier l'efficacité dans un modèle préclinique de cancer du sein. Notamment, cette technique pourrait potentiellement être appliquée à d'autres types de médicaments, ouvrant la voie à des traitements ciblés pour une variété de conditions différentes. ."

Voici comment les nanozymes sont conçus :les nanoparticules d'or ultrapetites sont densément recouvertes de molécules chargées positivement, ce qui les rend fortement attirées par les surfaces cellulaires (qui sont chargées négativement). Ensuite, un catalyseur métallique, dans ce cas, du palladium, est ajouté à l'intérieur des nanoparticules.

Le palladium alimente l'activité des nanozymes et peut effectuer une catalyse bio-orthogonale (des réactions qui ne se produisent pas naturellement dans notre corps). Plus précisément, le palladium peut éliminer des molécules appelées groupes propargyles, qui peuvent être ajoutées aux médicaments pour bloquer leur activité.

"Les catalyseurs métalliques, comme le palladium, apparaissent comme une nouvelle façon d'activer sélectivement des promédicaments dans les systèmes biologiques", a déclaré Vincent Rotello, Ph.D., auteur principal de l'étude et professeur de chimie à l'UMass Amherst.

"En encapsulant du palladium dans nos nanoparticules ultra petites chargées positivement, nous pouvons "velcro" électrostatiquement les nanozymes au tissu tumoral, ancrant ainsi le catalyseur en place", a-t-il expliqué. Lorsqu'un promédicament est ajouté, il voyage à travers le corps mais est activé dans la tumeur, améliorant ainsi l'efficacité thérapeutique tout en diminuant les effets hors cible, a-t-il ajouté.

Leur traitement combine des nanozymes remplis de palladium avec du pro-fluorouracile (une version du médicament étiquetée avec un groupe propargyle). Une fois les nanozymes injectés directement dans les tumeurs, les souris reçoivent du pro-fluorouracile par voie systémique (afin que le médicament circule dans tout le corps). Une fois que le médicament atteint la tumeur, les nanozymes clivent le groupe propargyle, activant le traitement chimiothérapeutique qui tue ensuite les cellules environnantes.

Les chercheurs ont comparé leur traitement nanozyme au fluorouracile standard chez des souris atteintes de tumeurs du sein. Bien que les deux traitements aient considérablement réduit les tumeurs, les souris ayant reçu du fluorouracile standard ont subi des lésions hépatiques significativement plus importantes (ce qui est l'effet secondaire le plus courant de la chimiothérapie à base de fluorouracile).

"Nos nanozymes remplis de palladium pourraient potentiellement être utilisés avec n'importe quel médicament ou composé dont l'activité peut être bloquée par l'ajout d'un groupe propargyle", a déclaré Rotello. "Nous générons des produits chimiothérapeutiques, des antimicrobiens et des anti-inflammatoires en utilisant cette stratégie." Il a également noté que d'autres catalyseurs métalliques pourraient être ajoutés aux nanozymes (qui pourraient effectuer différentes réactions bio-orthogonales activant des promédicaments supplémentaires).

"Bien que notre stratégie ait besoin d'être peaufinée avant de pouvoir être évaluée chez l'homme, je pense que l'administration de médicaments facilitée par les nanozymes pourrait potentiellement changer la donne pour des traitements ciblés et plus sûrs."

Plus d'informations : Xianzhi Zhang et al, Nanozymes bioorthogonales pour l'imagerie et la thérapie du cancer du sein, Journal of Controlled Release (2023). DOI :10.1016/j.jconrel.2023.03.032

Informations sur le journal : Journal de libération contrôlée

Fourni par l'Institut national d'imagerie biomédicale et de bio-ingénierie