Des nanobulles activées par ultrasons brisent les barrières tumorales et améliorent l’administration des traitements

Des chercheurs de la Case Western Reserve University ont découvert un moyen de franchir l’une des défenses les plus tenaces du cancer : la forteresse impénétrable que les tumeurs solides érigent autour d’elles. En injectant dans les tumeurs des nanobulles remplies de gaz inerte et en les « faisant vibrer » à l’aide d’ultrasons, l’équipe est parvenue à dégrader suffisamment les barrières tumorales pour permettre à des molécules porteuses de traitement de pénétrer, selon les résultats d’une nouvelle étude publiée dans ACS Nano.

« La barrière physique limite l’administration des médicaments anticancéreux, en particulier des nouvelles immunothérapies », a déclaré le vice-président et professeur de bioingénierie biomédicale, au sein d’un département conjoint de la Case School of Engineering et de la Case Western Reserve School of Medicine. « Nous avons mis au point une stratégie reposant sur des nanobulles activées par ultrasons, qui remodèle en douceur le microenvironnement tumoral et fait s’effondrer efficacement les parois de la tumeur, ouvrant la voie aux médicaments et aux cellules immunitaires. »

La thérapie pourrait potentiellement être accélérée vers des tests cliniques, car les nanobulles sont déjà en cours de commercialisation pour la détection du cancer de la prostate, et l’échographie est approuvée par la U.S. Food and Drug Administration (FDA) et disponible commercialement.

À mesure que les tumeurs se développent, elles créent autour d’elles un tissu anormalement rigide et dense — constitué principalement de collagène, la protéine qui forme le tissu cicatriciel. Cette barrière empêche les thérapies immunitaires modernes, en particulier l’ARN transporté dans des nanoparticules lipidiques, d’atteindre les cellules immunitaires à l’intérieur de la tumeur.

Dans un modèle de cancer du sein, les chercheurs ont injecté dans une tumeur des nanobulles remplies d’un gaz inerte, le perfluoropropane. Puis, à l’aide d’ultrasons, ils ont dirigé des ondes sonores vers la tumeur afin de « faire vibrer » doucement les bulles, dégradant la structure rigide de la tumeur sans détruire les cellules.

La collaboration entre le laboratoire de nanotechnologie et d’immunothérapie et le laboratoire d’échographie et de nanomédecine du Henry Willson Payne Professor of Radiology de la faculté de médecine et directeur du CWRU Center for Imaging Research a montré que les tumeurs devenaient plus souples, plus homogènes et plus perméables aux cellules immunitaires et aux nanoparticules.

« Nous faisons tomber les défenses du cancer et donnons une chance équitable à nos thérapies de réellement l’emporter », a déclaré le professeur de bioingénierie biomédicale. « Nous n’avons pas inventé un nouveau médicament, mais cela a le potentiel de rendre toute thérapie existante ou émergente beaucoup plus efficace. »

Encore plus remarquable : le traitement a activé les cellules immunitaires déjà présentes dans les tumeurs, sans thérapies supplémentaires. « Elles commencent à sécréter des signaux de danger et à recruter davantage de cellules immunitaires sur le site tumoral », ont indiqué les chercheurs. « De plus, les lymphocytes T cytotoxiques qui ciblent ce cancer iront aussi chercher d’autres tumeurs — même celles qui n’ont pas été traitées. »

Le traitement par nanobulles a rendu les tumeurs plus souples pendant au moins cinq jours, tandis que les tumeurs non traitées devenaient plus rigides et plus difficiles à traiter. Lorsque les chercheurs ont ensuite injecté des nanoparticules lipidiques contenant de l’ARN qui augmentait l’activité des lymphocytes T au sein de la tumeur, le traitement s’est diffusé dans l’ensemble de la tumeur plutôt que de rester au point d’injection.

« Toute tumeur pouvant faire l’objet d’une biopsie pourrait potentiellement recevoir des nanobulles », ont déclaré les chercheurs. « C’est particulièrement important pour les tumeurs solides difficiles à traiter, pour lesquelles l’échographie est déjà utilisée, comme les cancers du foie, de la prostate et de l’ovaire. »

Les nanobulles, développées au laboratoire, sont en cours de commercialisation pour la détection du cancer de la prostate par Visano Theranostics, une entreprise cofondée par le professeur. Une demande d’Investigational New Drug sera soumise à la FDA dans les 18 prochains mois, et l’usage thérapeutique pourrait s’appuyer sur cette demande, ce qui pourrait permettre des essais cliniques dans un délai de deux ans.

La recherche a été financée par des subventions du Case Comprehensive Cancer Center et des National Institutes of Health.