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Posté par Isabelle le Jeudi 12/02/2015 à 00:00
Des nano-vecteurs multitâches combinant imagerie et traitement pour les cancers
Des chercheurs de l'Imperial College de Londres et du laboratoire Chimie de la matière condensée de Paris (CNRS/Collège de France/UPMC) (1) ont conçu et élaboré des nanoparticules hybrides d'or et de silice, qui se révèlent être de véritables « couteaux-suisses » thérapeutiques. Testées sur des cellules humaines en culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) et chez la souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie ou de laboratoire, mais aussi de nombreuses...), elles permettent de combiner deux modes de traitement des tumeurs et trois techniques d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression...). Elles auraient notamment une capacité de stockage et de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal...) des médicaments plus importante que les vecteurs actuellement sur le marché, ce qui augure de perspectives intéressantes en cancérologie. Ces résultats sont publiés dans la revue PNAS, le 4 février 2015.

Concevoir un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se...) permettant de coupler trois techniques d'imagerie complémentaires (IRM, imagerie par fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »)....) et un type d'imagerie ultrasonore dite « photo-acoustique ») et deux types de traitements (chimiothérapie et thérapie photo-thermique (2)), le tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) dans une sphère de 150 nanomètres de diamètre, c'est la prouesse que vient de réussir une équipe internationale de chimistes et de spécialistes d'ingénierie biomédicale. Pour cela, les chercheurs ont synthétisé des objets hybrides, constitués d'une coque de silice nanoporeuse abritant des nanoparticules d'or aux propriétés exceptionnelles: les clusters d'or.


Schéma et cliché de microscopie électronique d'un « hochet quantique »: une enveloppe poreuse de silice (en bleue sur le schéma) est remplie de grelots d'or, le tout à l'échelle nanométrique.
L'or est présent sous deux formes: particules de taille inférieure à 2 nm (clusters) dans les pores qui percent l'enveloppe, et particules plus grosses (7 nm) dans la cavité centrale.
© Mathew Hembury, Ciro Chiappini, Glenna L. Drisko et al., avec l'autorisation de PNAS

Les clusters d'or sont des nanoparticules de petite taille (moins de 2 nanomètres) possédant des propriétés intéressantes (fluorescence, production de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !), magnétisme), très différentes de celles de l'or massif (Le mot massif peut être employé comme :) ou même des nanoparticules d'or plus grosses. Toutefois, leur manque de stabilité en milieu aqueux (elles ont tendance à s'agréger pour former des particules plus grosses) a jusqu'à présent empêché leur utilisation en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres vivants (ou ayant...) et médecine. En faisant « infuser » des coques en silice poreuses avec des précurseurs d'or, les chercheurs ont réussi à former des clusters d'or dans les pores de l'enveloppe (ce qui les stabilise) et des nanoparticules d'or plus grosses dans la cavité centrale. Cette structure de « hochet quantique » est stable en solution aqueuse, pénètre au cœur des cellules sans toxicité, et préserve les propriétés optiques et magnétiques des clusters d'or, tout en permettant de maximiser leur capacité de stockage de médicament.

L'incorporation d'or, hydrophobe (Un composé est dit hydrophobe (du grec υδρο, hydro = eau, et Φοβοσ, phóbos = peur) ou lipophile quand il est soluble dans les corps gras, mais...), dans la sphère de silice a permis d'accroître très significativement les capacités de stockage de doxorubicine, un agent anticancéreux souvent difficile à stabiliser dans ce genre de matrice poreuse. Les chercheurs estiment que, par rapport aux vecteurs actuellement commercialisés (de type liposome (3)), la proportion des molécules qui atteindraient leur cible passerait de 5 % à 95 %. A cette capacité de transport de médicaments s'ajoute un potentiel en thérapie photo-thermique: en effet, lorsqu'elles sont activées par un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de...) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des...), les particules contenant des clusters d'or émettent une fluorescence infrarouge, mais aussi suffisamment de chaleur pour tuer les cellules cancéreuses: leur température s'élève ainsi jusqu'à 51°C, ce qui cause leur mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus...). Chez la souris, cela a permis de réduire de 55 % la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) tumorale après un seul traitement.

Cette production de chaleur peut être exploitée aussi dans un objectif d'imagerie: elle provoque une dilatation (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement, généralement imperceptible. Dans le cas d'un gaz, il y a dilatation à...) transitoire des clusters d'or, ce qui produit des ultrasons, détectables comme lors d'une échographie. Par ailleurs, la fluorescence émise par les particules stimulées au laser traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au...) les tissus (qui n'absorbent pas les infrarouges de cette longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle...) d'onde): elle peut donc être mesurée de manière non invasive. Enfin, pour des tailles inférieures à 2 nanomètres, l'or devient magnétique. Il est donc possible d'utiliser les hochets quantiques comme agent de contraste pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Ces trois méthodes d'imagerie (imagerie par fluorescence infrarouge, imagerie photo-acoustique et IRM) permettent d'observer la tumeur (Le terme tumeur (du latin tumere, enfler) désigne, en médecine, une augmentation de volume d'un tissu, clairement délimitée sans précision de cause.) de manière complémentaire, avec au final de très bonnes résolutions spatiale et temporelle.

Les scientifiques cherchent maintenant à optimiser ces nano-vecteurs. Ils aimeraient « fonctionnaliser » leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) avec des marqueurs, afin qu'ils reconnaissent et ciblent spécifiquement les cellules cancéreuses. Enfin, ils espèrent parvenir à réduire la taille des particules d'or présentes dans la cavité centrale pour rendre le vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet d'effectuer des opérations d'addition et de multiplication par un scalaire....) complètement biodégradable.

Notes:

(1) en collaboration avec des collègues de University College London et de Louisiana State University.
(2) un traitement visant à augmenter la température des cellules au-delà du seuil létal.
(3) les liposomes sont des vésicules limitées par une double couche de lipides (comme les cellules vivantes), utilisées comme vecteur pour protéger et transporter dans l'organisme certains médicaments.


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Source: CNRS