Des chercheurs de Houston (Rice University) développent actuellement une nouvelle méthode d'ablation thermique des tumeurs solides. Leur stratégie se fonde sur l'utilisation de deux entités, les « nanoshells » (une catégorie de nanoparticules) et la lumière proche infrarouge, totalement bénignes si elles sont utilisés indépendamment l'une de l'autre, mais qui acquièrent un fort pouvoir cytotoxique lorsqu'elles sont combinées. Des résultats préliminaires démontrent l'efficacité de la méthode aussi bien in vitro sur des cellules tumorales humaines en culture que in vivo sur des tumeurs greffées à des souris.
Noyau sphérique de silice
Les nanoshells sont des nanoparticules composées d'un noyau sphérique de silice recouvert d'une fine couche de métal, généralement de l'or. En contrôlant le diamètre de leur noyau et l'épaisseur de la « coquille » métallique, il est possible de modifier les propriétés physiques et, en particulier, le pic d'absorption optique de ces particules. Hirsch et coll. ont fabriqué des nanoshells dont le diamètre du noyau est d'environ 110 nm et l'épaisseur de la couche d'or de 10 nm. Ces dimensions confèrent aux particules le pic d'absorption optique maximale à la longueur d'onde de 820 nm, c'est-à-dire dans le proche infrarouge.
Hirsch et coll. ont fait l'hypothèse qu'en injectant ces particules dans des tumeurs et en éclairant les tissus avec de la lumière proche infrarouge, les nanoshells allaient absorber les ondes optiques et provoquer un échauffement des tissus suffisant pour conduire à la mort des cellules tumorales.
L'utilisation d'ondes proches infrarouges est particulièrement intéressante pour ce type d'application car ces radiations ne sont pas absorbées par la majorité des tissus vivants. Ainsi, seul les tissus ciblés par les nanoshells seront échauffés par cette longueur d'onde. En outre, les proches infrarouges pénètrent relativement profondément dans les tissus.
Les chercheurs ont tout d'abord testé leur hypothèse sur des cellules tumorales en culture (cellules dérivées de carcinomes mammaires humains). Dans ces cultures, la présence des nanoshells n'engendre aucun défaut de croissance, ni aucune modification de la viabilité. De même, l'exposition des cellules à la lumière proche infrarouge en l'absence des nanoshells ne provoque aucun effet délétère. En revanche, lorsque les cellules sont cultivées en présence de nanoshells et exposées durant sept minutes à de la lumière proche infrarouge (820 nm, 35 W/cm2), d'importants dommages photothermiques sont induits dans les cultures. Les cellules meurent et leur membrane devient perméable.
Forte augmentation de la chaleur
Ces résultats ont conduit Hirsch et coll. à tester leur méthode in vivo sur des souris portant une tumeur d'origine canine greffée au niveau de la patte. Les nanoshells ont été injectées directement dans les tumeurs portées par les animaux. Entre cinq et trente minutes après cette injection, les tumeurs ont été exposées à une irradiation proche infrarouge d'une puissance de 4 W/cm2 pendant moins de six minutes. Chez les six souris testées, la température interne de la région irradiée a été suivie par résonnance magnétique au cours de l'expérience. Il est apparu que l'irradiation des tumeurs contenant des nanoshells provoque une augmentation de la température de 37,4 ± 6,6 °C. Cette variation thermique suffit à entraîner des dommages irréversibles dans les tissus traités. En comparaison, une exposition aux ondes proches infrarouges seules, sans injection préalable de nanoshells, ne provoque qu'une augmentation de 9,1 ± 4,7 °C de la région traitée. Aucun dommage des tissus ne peut alors être détecté.
La faisabilité de cette stratégie thérapeutique étant démontrée, les auteurs souhaitent maintenant l'améliorer en testant l'effet de nanoshells couplées à des anticorps dirigés contre des oncoprotéines. Cette astuce permettrait l'administration systémique de nanoparticules capables de cibler et de s'accumuler au niveau des tumeurs et des métastases présentes dans un organisme.
L. R. Hirsch et coll., « Proc Natl Acad Sci USA », édition en ligne avancée, à paraître prochainement sur www.pnas.org
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