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Dans une étude de «preuve de concept», les scientifiques de la Johns Hopkins Medicine ont déclaré avoir réussi à délivrer des paquets nanométriques de code génétique appelés micros-ARN pour traiter les tumeurs cérébrales humaines implantées chez la souris. Ces micros-ARN ont été conçus pour cibler les cellules souches cancéreuses – une sorte de «graine» cellulaire qui produit d’innombrables descendants et constitue une barrière pour débarrasser le cerveau des cellules malignes.

Il n’existe pas de bons traitements contre le cancer du cerveau

« Le cancer du cerveau est l’un des cancers les plus connus quant à sa constitution génétique, mais nous n’avons pas encore développé un bon traitement », explique John Laterra, professeur de neurologie, d’oncologie et de neuroscience à l’École de médecine de l’Université Johns Hopkins, et un chercheur au Kennedy Krieger Institute. « La résilience des cellules souches cancéreuses et la barrière hémato-encéphalique sont des obstacles majeurs. »

Le sang qui entre dans le cerveau est filtré à travers une série de vaisseaux qui agissent comme une barrière protectrice. Mais cette barrière hémato-encéphalique bloque les médicaments qui auraient le potentiel de révolutionner la thérapie du cancer du cerveau en ciblant les cellules souches cancéreuses, explique Laterra.

«Pour moderniser les traitements des tumeurs cérébrales, nous avons besoin d’outils et de méthodes qui contournent la barrière hémato-encéphalique», explique Jordan Green, professeur en génie biomédical, ophtalmologie, oncologie, neurochirurgie, science des matériaux et ingénierie chimique et biomoléculaire à l’École de médecine de l’université Johns Hopkins. « Nous avons besoin de la technologie pour administrer de façon sûre et efficace des médicaments génétiques directement aux tumeurs sans endommager les tissus normaux. »

Un exemple, explique Green, est le glioblastome, une forme de cancer du cerveau qui nécessite souvent plusieurs chirurgies. Les médecins enlèvent le tissu tumoral cérébral qu’ils peuvent voir, mais la malignité revient souvent rapidement, explique Laterra. La plupart des patients atteints de glioblastome vivent moins de deux ans après le diagnostic.

Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que les cellules souches cancéreuses sont à l’origine de ce qui entraîne le retour et la propagation du glioblastome et d’autres cancers. Ces cellules souches donnent naissance à d’autres cellules cancéreuses et, si elles passent inaperçu par un neurochirurgien, peuvent produire de nouvelles tumeurs.

Les micros-ARN ciblent les cellules souches du cancer

Laterra et Green, qui sont membres du Johns Hopkins Kimmel Cancer Center, ont conçu un moyen de livrer efficacement des paquets de micros-ARN extrêmement minuscules dans des tumeurs cérébrales. Les micros-ARN ciblent les cellules souches du cancer du cerveau pour stopper leur capacité à se propager et à soutenir la croissance tumorale.

nano-particules

Les paquets sont faits de plastique biodégradable semblable au matériel utilisé pour des sutures chirurgicales et qui se dégrade au fil du temps. Ils sont 1000 fois plus petits que la largeur d’un cheveu humain et typiques de la taille et de la forme des composants naturels que les cellules utilisent pour communiquer. Lorsque les cellules cancéreuses engloutissent ces paquets, elles se séparent et libèrent leur «charge utile» de micro-ARN, spécifiquement là où les micro-ARN doivent agir dans les cellules cancéreuses. (L’image à gauche représente une nanoparticule libérant des micros-ARN (bleu clair) dans une cellule cancéreuse.)

Des micro-ARN se lient spécifiquement aux ARN messagers liés à deux gènes: HMGA1 et DNMT, qui fonctionnent ensemble pour réguler les programmes d’expression génique dans les cellules. Lorsque les micros-ARN se lient à ces ARN messagers, ils bloquent leurs capacités à produire des protéines et désactivent les programmes qui déterminent les caractéristiques des cellules cancéreuses. Elles perdent alors leur capacité à propager les tumeurs et peuvent être plus sensibles aux radiations et aux médicaments.

Des tests avec des souris

Pour leurs expériences, les scientifiques de Johns Hopkins ont implanté des cellules de glioblastome humaines chez 18 souris. Pour imiter le défi clinique du traitement d’une tumeur existante, les scientifiques ont attendu 45 jours avant de traiter les animaux pour s’assurer qu’ils avaient des tumeurs bien formées. La moitié des animaux ont reçu des perfusions de nano-paquets contenant des micros-ARN actifs directement dans leurs tumeurs cérébrales, et l’autre moitié a reçu des nano-paquets contenant des micros-ARN inactifs. Pour isoler l’effet des nanoparticules, les scientifiques ont utilisé des souris qui ont été élevées sans système immunitaire T – des cellules qui ciblent les cellules cancéreuses.

Cinq des neuf souris ayant reçu des micros-ARN inactifs (témoins) sont mortes dans les deux mois, et le reste des souris témoins est mort dans les 90 jours. Trois des neuf souris ayant reçu des micros-ARN actifs ont vécu jusqu’à 80 jours, et six ont vécu jusqu’à 133 jours. Ces six ont été euthanasiés (sans cruauté) et des cerveaux de souris isolés ont été examinés pour vérifier la présence de tumeurs cancéreuses.

Plusieurs types de micros-ARN

Toutes les souris témoins avaient de grosses tumeurs dans leur cerveau lorsqu’elles sont mortes. Quatre des souris qui avaient reçu des micros-ARN actifs et survécu jusqu’à 133 jours n’avaient pas de tumeurs, et deux avaient de petites tumeurs. Green explique que « de nombreux médicaments génétiques sont conçus pour cibler un seul gène ». Le type de nanoparticules que l’équipe de Johns Hopkins a utilisé dans cette étude peut encapsuler plusieurs types de micros-ARN pour cibler plusieurs réseaux de gènes.

Lorsque les cellules souches du cancer du cerveau « mangent » la nanoparticule et passent à un état sans cellules souches, les cliniciens pourraient exploiter cette condition et administrer des radiations ou d’autres médicaments pour tuer les cellules devenues vulnérables.

Les nanoparticule de l’équipe font un meilleur travail

Green explique que des équipes d’autres scientifiques développent des paquets de micros-ARN utilisant des matériaux à base de lipides, et qu’une chimiothérapie standard est fournie dans une nanoparticule lipidique appelée liposome. Les nanoparticules pour cette étude sont capables de faire mieux; étant fait de plastique elles peuvent pénétrer dans toute la tumeur. Toutefois les cerveaux des rongeurs sont plus petits que ceux des humains, donc pour que ce traitement puisse fonctionner, il faudrait utiliser une pompe et un cathéter pour canaliser les nanoparticules dans tout le cerveau.

L’équipe de Johns Hopkins travaille à l’intensification du développement de ses nanoparticules et à la standardisation de leur stabilité et de leur qualité avant de demander la permission de commencer des essais cliniques sur des personnes. De plus, l’équipe de recherche a déposé un brevet pour une partie de cette technologie utilisée dans cette « étude de concept ».

Les résultats de leurs expériences ont été publiés en ligne le 21 juin dans Nano Letters.