Les métaux liquides (LM) tels que le gallium pur (Ga) et les alliages à base de Ga constituent une nouvelle classe de matériaux dotés de propriétés physico-chimiques uniques. L’une des applications les plus importantes des LM est la thérapie photothermique contre le cancer, dans laquelle des nanoparticules fonctionnelles de LM convertissent l’énergie lumineuse en énergie thermique, tuant ainsi les cellules cancéreuses. La photothérapie basée sur la LM est supérieure à la thérapie anticancéreuse traditionnelle en raison de sa spécificité élevée, de sa répétabilité et de ses faibles effets secondaires.
Dans une nouvelle étude de pointe, le professeur agrégé Eijiro Miyako et ses collègues de l'Institut avancé des sciences et technologies du Japon (JAIST) ont synthétisé des nanoparticules multifonctionnelles à base de Ga qui combinent la photothérapie anticancéreuse et l'immunothérapie.
La nouvelle nanoparticule LM synthétisée (PEG-IMIQ-LM) contient un alliage eutectique gallium-indium (EGaIn) LM et un modulateur immunologique imiquimod (IMIQ), tous deux intégrés dans un tensioactif biocompatible DSPE-PEG2000 -NH2 . Les résultats de leur étude ont été publiés dans Advanced Functional Materials. .
"Nous pensons que la convergence de l'ingénierie nano-immuno et de la technologie LM pourrait fournir une modalité prometteuse pour déclencher des réponses immunitaires idéales pour faire progresser l'immunothérapie du cancer. Dans cette étude, nous rapportons des nanoparticules LM multifonctionnelles activables par la lumière avec des immunostimulants pour combiner la thérapie photothermique avec l'immunothérapie, ", déclare le Dr Miyako, tout en discutant de la motivation de l'équipe à mener cette étude.
Tout d’abord, l’équipe de recherche a préparé des nanoparticules LM dispersibles dans l’eau grâce à un simple processus de sonication en une étape utilisant DSPE-PEG2000 -NH2 pour présenter IMIQ. Ceci est considéré comme une avancée majeure, car EGaIn LM est intrinsèquement un matériau non miscible à l'eau.
Des enquêtes plus approfondies ont confirmé que LM se désintègre pour assurer la livraison de l'IMIQ à la cible. De plus, la nanoparticule préparée a présenté une augmentation linéaire de l'absorbance dans la région proche infrarouge (NIR) à 808 nm, confirmant sa nature optiquement activable.
Lorsque la solution aqueuse de la nanoparticule LM a été irradiée par le laser NIR (808 nm), l’équipe a observé une augmentation notable de la température de la solution, proportionnelle à l’augmentation de la concentration des nanoparticules. Ces résultats ont confirmé que la nanoparticule PEG-IMIQ-LM était un support de médicament photothermique robuste et stable, adapté à l'immunothérapie.
D'autres expériences ont révélé que les nanoparticules LM étaient extrêmement sûres et ne provoquaient pas de cytotoxicité dans les cellules des fibroblastes humains (MRC5) et du cancer du côlon de souris (Colon26).
Pour évaluer le degré d'internalisation et de distribution des particules, un colorant fluorescent appelé vert d'indocyanine (ICG) a été introduit dans la particule par sonication, ce qui a donné naissance à une particule PEG – ICG – IMIQ – LM. La microscopie fluorescente (FL) équipée d'un faisceau laser a démontré que la particule LM présentait une forte fluorescence à diverses longueurs d'onde NIR et détruisait immédiatement les cellules Colon26. Ainsi, les particules LM pourraient non seulement délivrer efficacement l'immunomodulant, mais pourraient également permettre leur suivi en temps réel et éliminer des cellules cancéreuses spécifiques.
Enfin, l’équipe a développé un nanostimulateur immunitaire LM à multiples facettes pour le théranostic du cancer. Pour ce faire, ils ont ajouté un anticorps anti-ligand mortel programmé-1 (Anti-PD-L1), l’un des inhibiteurs de point de contrôle immunitaire les plus prometteurs, à la nanoparticule fluorescente LM existante. La particule modifiée, Anti-PD-L1‒PEG-ICG-IMIQ-LM, a été dispersée efficacement avec une fluorescence significative. Avec l'augmentation du temps après l'irradiation, la température de la surface de la tumeur a augmenté de manière linéaire, ce qui indique l'effet antitumoral de la nanoparticule.
L'ajout d'Anti-PD-L1 sur la nanoparticule a permis la liaison de la particule LM au PD-L1 sur les cellules cancéreuses, les marquant pour la phagocytose par les macrophages et les cellules dendritiques (DC). Les particules anti-PD-L1-PEG-IMIQ-LM induites par laser ont présenté une élimination la plus élevée et complète du cancer, ainsi qu'une guérison et une récupération plus rapides.
De plus, lorsque la tumeur est réapparue, les souris traitées avec des particules anti-PD-L1-PEG-IMIQ-LM induites par laser ont montré une efficacité antitumorale soutenue et une survie prolongée.
Tout en discutant des implications futures de l'étude, le Dr Miyako déclare :« Nous pensons que ces effets immunologiques synergiques et ces nanofonctions optiques des LM ont de larges applications thérapeutiques et pourraient contribuer aux technologies théranostiques innovantes contre le cancer. Nous espérons que cette technologie sera disponible pour essais cliniques dans 10 ans."
Plus d'informations : Yun Qi et al, Immunostimulants à métaux liquides activables par la lumière pour les nanothéranostiques du cancer, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202305886
Informations sur le journal : Matériaux fonctionnels avancés
Fourni par l'Institut avancé des sciences et technologies du Japon
