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Voir les tumeurs avec des points quantiques
Des chercheurs de l'Université Carnegie Mellon (CMU), à Pittsburgh, utilisent des nanoparticules fluorescentes pour imager le tissu tumoral pendant les biopsies et les chirurgies. La technique d'imagerie, qui est testée chez les rongeurs, pourrait être particulièrement utile pour repérer avec précision les tumeurs lors d'interventions chirurgicales visant à éliminer les glioblastomes, l'une des formes les plus courantes et les plus agressives de cancer du cerveau. En moyenne, les patients survivent moins d'un an après leur diagnostic de cette forme mortelle de cancer du cerveau, en partie à cause de la difficulté d'enlever chirurgicalement la totalité de la tumeur.
Tumeurs rougeoyantes : Les points quantiques fluorescents injectés à des rats vivants s'accumulent dans les tumeurs cérébrales, mais pas dans les tissus environnants. Cette image combine une photographie en lumière blanche du cerveau avec une image infrarouge dans laquelle le bleu est le niveau d'intensité le plus bas et le rouge est le plus élevé. Les points quantiques sont concentrés dans une tumeur du cerveau à gauche ; le cerveau de droite, un témoin, ne contient aucune tumeur.
Dirigé par le chimiste CMU Marcel Bruchez et Steven Toms, directeur de neurochirurgie au Clinique Geisinger , à Danville, en Pennsylvanie, les chercheurs ont pris des images fluorescentes nettes de tumeurs cérébrales, appelées gliomes, chez des rats. Les rats ont été injectés avec des nanoparticules qui émettent de la lumière infrarouge lorsqu'elles sont excitées par la lumière visible. Les rayons infrarouges produits par les nanoparticules peuvent être captés par une petite caméra et visualisés par les chirurgiens. Ces points quantiques ont un noyau composé de cadmium et de tellurure, entouré d'une coque en sulfure de zinc, elle-même entourée d'un revêtement polymère protecteur.
Ce type particulier de tumeur est difficilement distinguable, explique Bruchez. Et lors de l'élimination des tumeurs cérébrales, les chirurgiens ne peuvent pas réduire les marges importantes, ou les patients pourraient perdre la fonction cérébrale.
Les chirurgiens qui retirent une tumeur cérébrale s'appuient désormais sur une photo prise récemment par imagerie par résonance magnétique (IRM) pour s'orienter. Mais, dit Bruchez, la consistance du cerveau est comme un bol de Jell-O. Une fois que vous commencez à couper et à retirer des tissus, les choses bougent et vous ne pouvez pas vous fier à l'imagerie préopératoire. Il dit que les chirurgiens laissent derrière eux du tissu de gliome plus de la moitié du temps.
Une solution au problème consiste à exécuter plusieurs IRM sur le patient pendant la chirurgie. Avec ces conseils supplémentaires, une étude a montré que les chirurgiens peuvent retirer environ 15 % de tissu de gliome en plus. Mais les salles d'opération qui intègrent l'IRM sont chères et les chirurgiens doivent utiliser des outils spéciaux qui ne seront pas affectés par l'aimant IRM.
Bruchez et Toms ont découvert que les points quantiques brillants injectés dans la circulation sanguine d'un rat sont amenés au tissu du gliome, mais pas à d'autres zones du cerveau, par des cellules immunitaires appelées macrophages. Ces cellules engloutissent des débris comme des nanoparticules et envahissent les tissus infectés et cancéreux dans le cadre de la réponse inflammatoire du corps. Les macrophages ne vont pas dans les tissus cérébraux sains.
Bruchez veut construire un système d'imagerie compatible avec les procédures opératoires standard. L'aménagement d'une salle d'opération pour l'imagerie infrarouge des tumeurs impliquerait l'ajout d'une caméra numérique infrarouge et l'installation de filtres sur les lumières pour éliminer la lumière infrarouge ambiante, garantissant que la seule lumière infrarouge dans la pièce provient de points quantiques. Les points quantiques peuvent être réglés pour émettre de la lumière visible, ce qui éliminerait le besoin du système d'imagerie, mais les médecins devraient éteindre les lumières pour voir la lueur des tumeurs, puis les rallumer et réajuster leurs yeux pour continuer la chirurgie .
Bruchez dit que lui et ses collaborateurs ont obtenu de bons résultats en utilisant un système basé sur la technologie pour effectuer l'ablation chirurgicale des tumeurs chez les rongeurs, bien que ces résultats ne soient pas encore publiés. Il s'attend à ce que les travaux s'appliquent généralement à divers types de cancers; D'autres recherches non publiées de son groupe, dit-il, démontrent que la tendance des macrophages à engloutir les points quantiques et à voyager avec eux jusqu'au tissu tumoral est valable pour de nombreux autres cancers.
Bruchez et Toms développent également des aiguilles de biopsie avec des systèmes d'imagerie optique. Les biopsies de tumeurs cérébrales prennent normalement du temps et sont aléatoires. Vous allez là où vous pensez que la tumeur se trouve, prélevez un échantillon, l'envoyez au laboratoire de pathologie et attendez dans la salle d'opération les résultats, explique Bruchez. Si les chirurgiens ont raté la tumeur, ils doivent prélever un autre échantillon et attendre à nouveau les résultats. Si un patient recevait d'abord une injection de points quantiques à la recherche de tumeurs pouvant être détectés par l'aiguille à biopsie, le processus pourrait être beaucoup plus facile.
La sécurité des points quantiques pour l'imagerie cérébrale doit encore être étudiée. Les noyaux des points quantiques utilisés par Bruchez sont en cadmium, et bien qu'il n'y ait aucune preuve à ce jour que les points quantiques contenant du cadmium soient toxiques, certains chercheurs se méfient. Le cadmium est très toxique, souligne Wenbin Lin , un chimiste de l'Université de Caroline du Nord qui développe des nanoparticules pour l'IRM à contraste élevé. Nous devons nous en préoccuper.
En effet, dit Bruchez, le cadmium suscite des inquiétudes, mais la formulation utilisée pour l'imagerie par fluorescence devrait rendre le cadmium non biodisponible. Les polymères organiques entourant le cadmium ne peuvent pas être décomposés par des processus biologiques typiques, dit-il. Cependant, pour répondre aux problèmes de toxicité, Bruchez dit qu'il développe des techniques d'imagerie qui nécessitent des doses plus faibles de particules et des méthodes d'encapsulation qui rendent le métal encore moins biodisponible.