"Votre cancer est métastasé. Je suis désolé" c'est ce que personne ne veut entendre de son médecin.

Les cellules cancéreuses tuent le plus souvent par l'extension loin de leurs tumeurs originales pour ensuite ré-raciner dans des parties vitales du corps dans un processus appelé métastase. Maintenant, une équipe de recherche dirigée par le Georgia Institute of Technology a développé un nouveau traitement pour le contrecarrer, en quelque sorte, briser les jambes des cellules tumorales responsables de cette extension cancéreuse.

Les cellules cancéreuses se couvrent souvent de protrusions à la jambe hérissées qui leur permettent de se glisser. Les chercheurs ont utilisé des tiges minuscules d'or chauffées doucement par un laser pour mutiler les excroissances, selon une nouvelle étude. Le traitement a empêché la migration cellulaire, un mécanisme clé en cas de métastase, dans des expériences sur des cultures de laboratoire communes (in vitro) de cellules cancéreuses humaines.

La méthode pourrait potentiellement, à l'avenir, offrir aux cliniciens qui cherchent à traiter les tumeurs individuelles, une arme pour lutter en même temps contre une extension cancéreuse mortelle. Le domaine médical est actuellement moins bien équipé pour empêcher les métastases.

"Si le cancer reste dans une tumeur en un seul endroit, vous pouvez y arriver, et il n'est pas si probable de tuer le patient, mais quand il se propage dans tout le corps, c'est ce qui le rend vraiment mortel"

a déclaré le chercheur principal Mostafa El-Sayed , Julius Brown Chair et Regents Professeur à l'École de Chimie et de Biochimie de Georgia Tech.

Le traitement peut également tuer facilement les cellules cancéreuses, mais dans cette expérience, il était essentiel de montrer spécifiquement que cela a considérablement ralenti la migration cellulaire de l'extension cancéreuse.

Arrêt de l'extension cancéreuse doucement

Le traitement expérimental a également épargné des cellules saines, dans ces expériences et dans des expériences antérieures, rendant la méthode potentiellement beaucoup moins tributaire sur les patients que la chimiothérapie couramment utilisée. Dans les tests passés sur les modèles animaux, les chercheurs n'ont révélé aucun effet secondaire toxique de l'or utilisé dans le traitement et n'ont trouvé aucun dommage observable sur les tissus sains du laser à faible énergie.

Et ils n'ont pas vu la récurrence du cancer traité.

"La méthode semble être très efficace en tant que traitement administré localement qui protège également le corps de l'extension cancéreuse des tumeurs traitées, et il est également très doux, de sorte qu'il peut être appliqué plusieurs fois si nécessaire"

a déclaré El-Sayed.

El-Sayed, le co-auteur principal Ronghu Wu, et les premiers auteurs Yue Wu et Moustafa Ali ont publié les résultats de leurs expériences actuelles in vitro, un nouveau développement en nanothérapie d'or photothermique, le 26 juin 2017 dans les Proceedings of the National Academy of Sciences. La recherche a été financée par la National Science Foundation et les National Institutes of Health.

El-Sayed group
Georgia Tech's Regents Professeur Mostafa El-Sayed (avant) est l'un des chimistes vivants les mieux décorés et cités. Avec son équipe pour cette recherche de gauche à droite: Yue Wu, professeur Ronghu Wu et Yan Tang. Crédit: Georgia Tech / Christopher Moore

Comment ça marche: une extension cancéreuse maligne

Pour comprendre comment fonctionne le traitement, examinons de près une cellule et certaines choses qui lui arrivent dans le cancer malin.

Beaucoup de gens pensent que les cellules sont des ballons aqueux - un liquide enfermé dans une gaine membranaire avec des organelles flottant à l'intérieur. Mais cette image est incomplète. Les cellules ont des grilles de soutien appelées cytosquelettes qui leur donnent forme et qui ont des fonctions.

Les cytosquelettes forment également des protubérances hérissées appelées filopodes, qui s'étendent à partir d'un tissu de fibres appelé lamellipode qui se trouve sur les franges de la cellule. Les protubérances permettent normalement aux cellules saines de se déplacer dans le tissu dont elles font partie.

Mais dans le cancer malin, les fonctions des cellules normalement saines se heurtent souvent à une surmultiplication destructrice. Lamellipodia et filopodia sont généreusement surproduits.

"Tous ces lamellipodes et filopodes donnent des jambes aux cellules cancéreuses", a déclaré Yue Wu, un étudiant diplômé en chimie bio-analytique. "La métastase nécessite que ces protrusions, donc ces cellules peuvent se déplacer."

Fonctionnement des tiges

Les nano-tiges d'or contrecarrent les protubérances de deux façons. Les tiges sont constituées d'une petite collection d'atomes d'or, et nano signifie que sa taille est d'un milliardième de mètres.

Nano-tiges d'or. Crédit: Georgia Tech / El-Sayed group

Tout d'abord, les nano-tiges d'El-Sayed sont introduits localement, où ils encombrent les protubérances légères sur les cellules cancéreuses. Les tiges sont revêtues de molécules (acide arginylglycylaspartique) qui les font adhérer spécifiquement à un type de protéine cellulaire appelée intégrine.

"Les nano-tiges ciblés sont attachés à l'intégrine et bloquent ses fonctions, de sorte qu'elle ne pouvait pas conserver le cytosquelette pour surproduire le lamellipode et le filopode"

a déclaré Yan Tang, un assistant postdoctoral en biologie informatique, qui a travaillé sur l'étude. La liaison à l'intégrine seule ralentit la migration des cellules malignes.

Mais les cellules saines ne sont pas ciblées.

"Il existe certaines intégrines spécifiques qui sont surproduites dans les cellules cancéreuses"

a déclaré Moustafa Ali, l'un des premiers auteurs de l'étude.

"Et vous ne les trouvez pas souvent au niveau des cellules saines."

Comment ça marche: Chauffage au laser doux

Dans la deuxième phase, les chercheurs ont frappé les nanoparticules d'or avec un laser à faible énergie de la lumière infrarouge proche (NIR). Ce qui ramène les cellules cancéreuses à une halte observable.

"La lumière n'a pas été absorbée par les cellules, mais les nano-tiges d'or l'ont absorbé et, par conséquent, ils sont réchauffés et ont fait partiellement fondre les cellules cancéreuses avec lesquelles ils se rattachent, altérant le lamellipode et le filopode", a déclaré Ali. "Il n'a pas tué toutes les cellules, pas dans cette expérience. Si nous les avons tuées, nous n'aurions pas pu observer si nous les avons empêchés de migrer ou non."

Si vous le souhaitez, le traitement peut également être ajusté pour tuer les cellules.

De gauche à droite: Cellule de cancer de laboratoire non traitée, cellule de cancer de culture de laboratoire avec des nano-tiges d'or attachés, cellule de cancer de culture de laboratoire après l'ajout d'une lumière laser NIR douce. Crédit: Georgia Tech / El-Sayed group

Les expériences sur des modèles animaux in vivo avec des lasers plus chauds n'ont pas marché non plus.

"Cela a provoqué une inflammation, ce qui a permis de chauffer une seule fois", a déclaré Ali. "En conséquence, cette température élevée effacerait de nombreuses cellules cancéreuses, mais pas toutes. Certaines cellules cachées auraient pu survivre, et ont toujours été en mesure de migrer."

« Ce laser doux ne brûle pas la peau et n'endommage pas les tissus, de sorte qu'il pourrait être administré plusieurs fois, et plus tard priver les cellules cancéreuses de leur pouvoir migratoire."

a déclaré le chercheur Ronghu Wu.

Possibilités médicales

Les chercheurs envisagent actuellement de traiter les cancers du cerveau, du cou, des poumons et de la peau avec des injections directes et locales des nano-tiges combinées avec le laser infrarouge à faible puissance, qui peut frapper les nano-tiges d'or à 2-3 centimètres dans le tissu intérieur profond.

"Mais il pourrait aller aussi plus profondément que 4-5 centimètres", a déclaré Ali.

Les tumeurs plus profondes pourraient être traitées avec des injections plus profondes de nano-tiges.

"Ensuite vous devriez entrer avec un laser à fibre optique ou endoscopique", a déclaré El-Sayed.

Injecter les nano-tiges directement dans le flux sanguin en tant que traitement par voie générale ne constituerait pas actuellement une option viable.

Le groupe de El-Sayed a précédemment publié des expériences in vivo sur des souris dans les Proceedings of the National Academy of Sciences en collaboration avec l'École de médecine de l'Université Emory. Cette étude n'a montré aucune toxicité observable de l'or chez la souris 15 mois après le traitement.

"Beaucoup de choses ont fini dans le foie et la rate", a déclaré El-Sayed. "Mais les fonctions de ces organes semblaient intactes lors de l'examen, et les souris traitées étaient vivantes et en bonne santé plus d'un an plus tard".

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