L'ingrédient clé pour des traitements efficaces contre le cancer

Environ 50 % des patients atteints de cancer ont des tumeurs résistantes aux radiations en raison de faibles niveaux d'oxygène, un état connu sous le nom d'hypoxie. Une startup de San Francisco développe des protéines qui pourraient transporter plus efficacement l'oxygène vers les tumeurs, augmentant ainsi les chances que la radiothérapie aide ces patients.

Carte de l'oxygène : Cette image montre les pattes d'une souris, avec une tumeur à la jambe gauche. Les régions hypoxiques sont indiquées en bleu clair.

Le mois dernier, le National Cancer Institute (NCI) a accordé à cette startup, Omniox, un financement de 3 millions de dollars. Omniox collabore avec des chercheurs du NCI pour tester si ses composés transporteurs d'oxygène améliorent la radiothérapie chez les animaux atteints de cancer.

La plupart des tumeurs ont des régions hypoxiques, et les chercheurs pensent qu'elles ont un impact significatif sur les résultats du traitement chez environ la moitié des patients. Les cellules tumorales prolifèrent avec un tel abandon qu'elles dépassent leur apport sanguin, créant des régions à très faibles niveaux d'oxygène. Ce manque d'oxygène pousse les cellules tumorales à générer plus de vaisseaux sanguins, que les cellules métastatiques utilisent pour se déplacer ailleurs dans le corps et propager le cancer.

La radiothérapie dépend de l'oxygène pour fonctionner. Lorsque les rayonnements ionisants frappent une tumeur, ils génèrent des produits chimiques réactifs appelés radicaux libres qui endommagent les cellules tumorales. Sans oxygène, les radicaux libres sont de courte durée et la radiothérapie n'est pas efficace. La radiothérapie est administrée aujourd'hui en supposant que les tumeurs sont oxygénées et en seront endommagées, explique Murali Cherukuri , chef de la biophysique au Center for Cancer Research du NCI à Bethesda, Maryland. Les régions hypoxiques survivent au traitement et repeuplent la tumeur.

Depuis les années 1950, les chercheurs ont essayé de nombreuses façons d'obtenir plus d'oxygène dans les tumeurs, sans succès. Faire respirer aux patients des niveaux élevés d'oxygène avant la radiothérapie ne fonctionne pas, et développer un agent pour transporter l'oxygène dans le sang jusqu'à une tumeur s'est avéré très difficile. Les protéines artificielles qui imitent le transporteur naturel d'oxygène du corps, l'hémoglobine, peuvent être dangereusement réactives, détruisant d'autres produits chimiques importants dans le sang. Et d'autres transporteurs d'oxygène ont tendance à s'accrocher trop étroitement à l'oxygène ou à le libérer trop tôt, avant qu'il n'atteigne les régions les moins oxygénées de la tumeur.

Nous espérons que puisque la plupart des tumeurs sont hypoxiques, nous pourrons améliorer l'efficacité de la radiothérapie chez un grand nombre de personnes, déclare Stephen Cary, cofondateur et PDG d'Omniox. La société a développé une gamme de protéines conçues pour retenir l'oxygène jusqu'à ce qu'elles se trouvent à l'intérieur du tissu hypoxique. Ces protéines ne sont pas basées sur l'hémoglobine, elles n'ont donc pas les mêmes effets toxiques.

La technologie de l'entreprise provient du laboratoire de Michel Marletta , professeur de chimie à l'Université de Californie à Berkeley. La plupart des substituts sanguins ont échoué, explique Marletta, car ils étaient basés sur des protéines de la globine, dont l'hémoglobine. L'hémoglobine est capable de fonctionner dans le corps car elle est enfermée dans les globules rouges. Les protéines de globine oxygénées non protégées réagissent avec l'oxyde nitrique dans le sang, détruisant l'oxygène, l'oxyde nitrique et la protéine elle-même.

Marletta a commencé à rechercher des fragments de protéines qui se liaient à l'oxygène, mais pas à l'oxyde nitrique. Il a commencé avec la séquence génétique de la section des protéines de la globine qui se lie à l'oxygène. Il a ensuite utilisé un programme informatique pour parcourir les bases de données du génome à la recherche de séquences similaires. Cela a révélé un groupe de séquences similaires dans des organismes unicellulaires. Marletta a étudié ces séquences protéiques et en a trouvé un groupe qui se lie à l'oxygène mais pas à l'oxyde nitrique. En modifiant légèrement les séquences, Marletta a découvert qu'il était capable d'adapter le degré de liaison de la protéine à l'oxygène. Ce niveau de contrôle signifie qu'Omniox peut concevoir une protéine qui libère de l'oxygène uniquement lorsque les niveaux d'oxygène environnants sont très faibles, ce qui signifie que la protéine doit se déplacer jusqu'à la partie hypoxique de la tumeur avant de libérer l'oxygène.

Cary, qui était auparavant chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Marletta, a cofondé Omniox en 2006 pour développer un agent thérapeutique transporteur d'oxygène. La société a levé un total d'environ 4 millions de dollars auprès du NCI et de l'Université de Californie. Institut des biosciences quantitatives . L'entreprise est actuellement hébergée dans l'incubateur de startups biotechnologiques de l'université, le Garage QB3 .

Omniox a jusqu'à présent démontré que ses protéines s'accumulent dans les tumeurs des animaux vivants et que les protéines y augmentent la concentration en oxygène.

Des études sur les protéines sont actuellement en cours au NCI. Cherukuri, qui n'est pas affilié à Omniox, a développé un traceur à utiliser avec l'imagerie par résonance magnétique qui lui permet de créer une carte 3D haute résolution des concentrations d'oxygène dans les tumeurs.

Cherukuri utilise cette méthode pour étudier les effets des agents d'Omniox sur des souris atteintes de tumeurs hypoxiques. Lorsque vous avez une tumeur très hypoxique et que vous injectez à l'animal [l'agent Omniox], l'oxygénation augmente, dit-il. Il travaille avec General Electric pour développer un prototype à échelle humaine de ce système d'imagerie.

Les études Omniox et NCI visent à déterminer laquelle des protéines de l'entreprise fonctionne le mieux, quand les protéines doivent être administrées et si le traitement améliore réellement l'efficacité de la radiothérapie. Les études rechercheront également toute réponse immunitaire dangereuse aux protéines étrangères. Si les résultats sont prometteurs, la société espère commencer des tests sur des patients humains en 2013.

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