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Les nano-armes rejoignent la lutte contre le cancer
Imaginez être traité pour un cancer avec quelques visites chez votre médecin. Il vous fait simplement une injection, puis quelques semaines plus tard, il fait passer une lumière infrarouge sur votre corps pour activer les agents anticancéreux et exciser la tumeur. Cela ressemble à un roman de Ray Bradbury ? Ne dis pas ça à Naomi Halas. Elle est le professeur Stanley C. Moore de génie électrique et informatique et professeur de chimie à l'Université Rice, et elle l'a plus qu'imaginé - elle développe le processus depuis 1997, lorsqu'elle a inventé de minuscules particules avec un énorme potentiel thérapeutique. Elle les appelle des nanoshells.
Les nanocoquilles sont des sphères concentriques microscopiques avec des noyaux de silice et des coquilles d'or. L'or donne à Halas la réponse thermique et optique requise par son processus de traitement, et le corps ne génère aucun anticorps contre lui. En faisant varier la taille du noyau de silice et l'épaisseur de l'or, Halas a découvert qu'elle pouvait régler les nanocoquilles pour absorber la lumière de différentes longueurs d'onde. Pour le traitement du cancer, dit-elle, l'infrarouge s'est avéré le meilleur parce qu'il pénètre le plus dans le corps.
Au cours d'expériences, des nanocoquilles sont injectées dans la circulation sanguine d'un animal, où des agents de ciblage qui leur sont appliqués recherchent et se fixent aux récepteurs de surface des cellules cancéreuses. L'éclairage à la lumière infrarouge élève la température des cellules à 55 degrés Celsius et brûle la tumeur, dit-elle.
Halas concentre ses recherches sur le cancer du sein. Elle espère que les nanoshells s'avéreront une alternative viable à la chimiothérapie, qui tue à la fois les cellules saines et malades, entraînant des effets secondaires comme la fatigue et la perte de cheveux. Les nanocoquilles, en revanche, ne tuent que les cellules cancéreuses.
Les nanocoquilles ne sont que l'une des nombreuses options intéressantes de diagnostic et de traitement du cancer rendues possibles par la nanotechnologie. Miqin Zhang, scientifique des matériaux à l'Université de Washington à Seattle, utilise sa propre marque de nanoparticules pour diagnostiquer et traiter de manière non invasive les tumeurs cérébrales. Elle appelle ses créations des conjugués intelligents de nanoparticules superparamagnétiques. Lorsqu'elles sont injectées dans la circulation sanguine, ces particules ciblent les récepteurs cellulaires des tumeurs avec des agents appelés ligands.
Les nanoparticules de Zhang sont fabriquées à partir d'oxyde de fer, qui devient particulièrement magnétique lorsqu'il est placé dans un champ magnétique tel que ceux utilisés pour l'imagerie par résonance magnétique. Les particules améliorent donc le signal émis par les tumeurs lors d'une IRM, ce qui les rend plus faciles à localiser à des stades précoces de développement. Mais les nanoparticules doivent circuler suffisamment longtemps pour localiser les cellules tumorales. Zhang a découvert lors des premiers essais qu'ils étaient rapidement attaqués et neutralisés par des anticorps appelés microphages. Elle les a donc modifiés avec un revêtement polymère qui résiste aux microphages. Une fois que les nanoparticules ont trouvé des tumeurs, elles libèrent un médicament attaché appelé méthotrexate, qui tue la cellule.
Les nanoparticules, qui font moins de 20 nanomètres de diamètre, doivent rester séparées les unes des autres pour faire leur travail. Les nanoparticules agrégées deviennent toxiques pour les tissus sains, explique Zhang. La petite taille des particules et leur capacité à pénétrer les tissus leur permettent de traverser ce qu'on appelle la barrière hémato-encéphalique et d'atteindre les tumeurs cérébrales. Zhang dit que c'est la clé parce que 98% des médicaments contre le cancer ne peuvent pas le faire.
La combinaison de produits chimiques complémentaires de Zhang élimine le besoin de biopsies pour le diagnostic et les opérations de traitement et facilite la détection précoce du cancer. Mais selon Mauro Ferrari, professeur de génie biomédical à l'Ohio State University et spécialiste des applications biomédicales de la nanotechnologie, les travaux de Zhang peuvent également nous aider à mieux voir les contours anatomiques du cancer. Et selon Zhang, déterminer les contours d'une tumeur permet aux médecins d'évaluer si un traitement anticancéreux est efficace chez l'homme en quelques jours plutôt que la norme actuelle de trois mois.
Les recherches de Zhang nous donnent également des informations sur l'expression moléculaire du cancer et son évolution dans le temps, ajoute Ferrari. Un problème crucial dans la recherche sur le cancer, explique-t-il, est qu'à différents stades de développement, les récepteurs des cellules cancéreuses ont une expression moléculaire différente ; c'est pourquoi les cellules cancéreuses à un stade précoce peuvent facilement absorber un médicament efficace ; avec des cellules cancéreuses à un stade plus avancé, l'absorption du médicament peut ne pas réussir. Les recherches de Zhang, dit-il, peuvent nous aider à fournir les bons médicaments aux bonnes personnes au bon moment.
La nanotechnologie fournit également de nouveaux instruments pour l'examen du cancer, offrant potentiellement de nouvelles perspectives. Adam T. Woolley, professeur adjoint de chimie et de biochimie à l'Université Brigham Young, a créé une méthode pour examiner les mutations de l'ADN afin de déterminer la prédisposition génétique d'une personne à développer un cancer. Il utilise une technique appelée microscopie à force atomique (AFM), une variation à l'échelle nanométrique sur les anciens tourne-disques, mais avec une pointe d'aiguille d'environ 10 nanomètres de diamètre. Woolley dépose d'abord des molécules d'ADN sur du silicium ou du mica, dont les surfaces sont si plates que l'ADN dépasse d'elles. Ensuite, explique-t-il, il utilise l'AFM pour examiner la topographie de l'ADN afin de localiser les positions des mutations qu'il contient.
La différence de taille entre les séquences d'ADN natives et mutées est extrêmement faible - environ un dixième de nanomètre - ce qui est à la limite de ce que l'AFM peut voir, explique Woolley. Il utilise donc des nanoparticules d'or d'environ 10 nanomètres pour marquer les positions des mutations. Ainsi, l'AFM peut facilement les voir. L'examen de l'ADN à ce niveau permet à Woolley d'identifier si une double mutation se produit, ce qui peut poser un plus grand risque de cancer génétique qu'une seule. Les techniques conventionnelles d'examen des chromosomes ne peuvent pas déterminer de telles informations. Le travail de Woolley a un grand potentiel de diagnostic, dit Ferrari ; L'identification des marqueurs génétiques du cancer pourrait permettre la prévention avant que la première cellule tumorale ne se forme.
En raison de ses implications pratiques dans la lutte contre le cancer, une telle recherche a attiré l'attention de la communauté scientifique dans son ensemble. Robert S. Langer, professeur Kenneth J. Germeshausen de génie chimique et biomédical au MIT, est particulièrement impressionné par les nanocoquilles de Halas. Ils sont un très bel exemple d'application de la science des matériaux à d'importants problèmes médicaux, dit-il, et ils ont beaucoup de potentiel passionnant. Rick Kenyon, directeur de programme du programme de recherche sur le cancer du sein au ministère de la Défense, finance la recherche de Halas car, dit-il, les nanocoquilles permettent une détection et une destruction plus précoces des cellules cancéreuses, ce qui est exactement ce que recherche tout le monde dans le domaine du cancer. pour.