Lasers et nanoparticules : l'avenir du traitement du cancer est là

Le dessin montre une souris avec une tumeur cancéreuse sur sa patte arrière. Les nanoparticules sont injectées directement dans la tumeur, qui est ensuite flashée avec une lumière laser proche infrarouge. La lumière laser proche infrarouge pénètre bien à travers le tissu et ne cause aucune brûlure. [Kamilla Nørregaard/Institut Panum]

Injecter des tumeurs cancéreuses avec des particules microscopiques puis les zapper avec des lasers semble être une idée tout droit sortie des pages de la science-fiction. Pourtant, c'est précisément la stratégie de traitement que les chercheurs de l'Institut Niels Bohr et de la Faculté des sciences de la santé de l'Université de Copenhague ont mis au point pour tuer les cellules cancéreuses.

Les chercheurs rapportent dans leurs découvertes, qui ont été publiées récemment dans Scientific Reports dans un article intitulé « Single Particle and PET-based Platform for Identifying Optimal Plasmonic Nano-Heaters for Photothermal Cancer Therapy », que le traitement a été testé sur des souris – avec des résultats démontrant que les tumeurs sont considérablement endommagées.

"Le traitement consiste à injecter de minuscules nanoparticules directement dans le cancer", a expliqué l'auteur principal de l'étude, Lene Oddershede, Ph.D., biophysicienne et chef du groupe de recherche Optical Tweezers à l'Institut Niels Bohr de l'Université de Copenhague. "Ensuite, vous chauffez les nanoparticules de l'extérieur à l'aide de lasers. C'est une forte interaction entre les nanoparticules et la lumière laser, qui provoque le réchauffement des particules. Ce qui se passe alors, c'est que les particules chauffées endommagent ou tuent les cellules cancéreuses."

Les expériences ont été réalisées avec des nanoparticules de différentes tailles et structures. Les deux premiers de la série se composaient d'or massif et le dernier consistait en un noyau de verre avec une surface en or. Les billes ont été éclairées avec une lumière proche infrarouge avec des longueurs d'onde de 807 nm et 1064 nm. La nanoparticule la plus efficace était la perle de verre plaquée or. [Kamilla Nørregaard/Institut Panum]

Les traitements traditionnels du cancer comme la radiothérapie et la chimiothérapie ont des effets secondaires majeurs car ils affectent non seulement les tumeurs, mais aussi les parties saines du corps. Un vaste projet de recherche interdisciplinaire entre des physiciens de l'Institut Niels Bohr et des médecins et biologistes de l'Institut Panum et du Rigshospitalet a entrepris de développer un nouveau traitement qui n'affecte que localement les tumeurs cancéreuses et est donc beaucoup plus doux pour le corps. Le projet s'appelle Nanoparticules activées par laser pour l'élimination des tumeurs (LANTERN).

Après avoir expérimenté diverses membranes biologiques, les chercheurs ont testé la méthode sur des souris vivantes. Dans ces expériences, les souris ont reçu des tumeurs cancéreuses dérivées de cellules cancéreuses humaines cultivées en laboratoire. L'équipe de recherche a ensuite testé de petites nanoparticules entre 80 et 150 nanomètres (nm) de diamètre (un nanomètre est un millionième de millimètre). Les particules testées consistaient soit en or massif, soit en une structure de coque constituée d'un noyau de verre entouré d'une fine coque d'or, dans le but de déterminer quelles particules sont les plus efficaces pour réduire les tumeurs.

"En tant que physiciens, nous avons une grande expertise dans l'interaction entre la lumière et les nanoparticules et nous pouvons mesurer très précisément la température des nanoparticules chauffées", a noté le Dr Oddershede. "L'efficacité dépend de la bonne combinaison entre la structure et le matériau des particules, leur taille physique et la longueur d'onde de la lumière."

Les images montrent des scans TEP d'une souris avec une grosse tumeur (par la flèche blanche). La tumeur est traitée avec des nanoparticules, qui sont injectées directement dans la tumeur et sont ensuite flashées avec une lumière laser proche infrarouge. La lumière laser chauffe les nanoparticules, endommageant ou tuant ainsi les cellules cancéreuses (flèches rouges). [Kamilla Nørregaard et Jesper Tranekjær Jørgensen/Institut Panum]

Les chercheurs ont découvert qu'ils obtenaient les meilleurs résultats avec des nanoparticules d'une taille de 150 nm et constituées d'un noyau de verre recouvert d'or. De plus, les nanoparticules ont été éclairées avec une lumière laser proche infrarouge, qui est la meilleure pour pénétrer à travers les tissus. Contrairement à la radiothérapie conventionnelle, la lumière laser proche infrarouge ne cause aucune brûlure aux tissus qu'elle traverse.

Par la suite, une heure après le traitement, l'équipe de recherche pouvait déjà voir directement avec la tomographie par émission de positrons (TEP) que les cellules cancéreuses avaient été tuées, et l'effet s'est poursuivi pendant au moins 2 jours après le traitement.

"Maintenant, nous avons prouvé que la méthode fonctionne", a fait remarquer le Dr Oddershede. « À plus long terme, nous aimerions que la méthode fonctionne en injectant les nanoparticules dans la circulation sanguine, où elles se retrouvent dans les tumeurs qui peuvent avoir métastasé. Avec les TEP, nous pouvons voir où se trouvent les tumeurs et les irradier avec des lasers, tout en évaluant efficacement l'efficacité du traitement peu de temps après l'irradiation.

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