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Lorsqu’un patient atteint d’un cancer apprend la nouvelle dévastatrice que sa maladie s’est étendue, ou s’est métastasée, à une nouvelle partie de son corps, elle s’est le plus souvent déplacée vers ses poumons. Il n’existe aucun traitement approuvé pour les métastases pulmonaires, qui sont la principale cause de décès par maladie métastatique. Ce sinistre pronostic pourrait bientôt être moins sombre grâce à une nouvelle technique mise au point par les chercheurs de l’Institut Wyss d’ingénierie d’inspiration biologique de Harvard et de l’École John A. Paulson d’ingénierie et de sciences appliquées (SEAS).

Les globules rouges contres les métastases

Plutôt que de considérer les métastases pulmonaires comme des retombées malheureuses d’une tumeur primaire située ailleurs, l’équipe s’est concentrée sur le traitement des métastases, en délivrant des substances chimiques attirant les cellules immunitaires dans les cancers du poumon par l’intermédiaire des globules rouges. Cette approche a non seulement permis d’arrêter la croissance des tumeurs pulmonaires chez les souris atteintes d’un cancer du sein métastatique, mais elle a également servi de vaccin et a protégé ces animaux contre les récidives du cancer.
« Notre approche est à l’opposé des traitements anticancéreux classiques qui visent à amener le système immunitaire à reconnaître et à attaquer la tumeur primaire, car ces tumeurs sont souvent de grande taille et difficiles à pénétrer pour les cellules immunitaires », a déclaré le co-premier auteur, Zongmin Zhao, chercheur postdoctoral. « Nous avons reconnu que la forte densité des vaisseaux sanguins dans les poumons permet un bien meilleur accès aux tumeurs à cet endroit, offrant une opportunité unique d’induire une réponse immunitaire en ciblant les métastases ».
Zhao et ses coauteurs ont décidé d’utiliser cette technique pour voir s’ils pouvaient délivrer des produits chimiques stimulant le système immunitaire aux tumeurs pulmonaires métastatiques plutôt que la chimiothérapie, qui peut endommager les tissus pulmonaires. Ils ont choisi comme charge utile une chimiokine, une petite protéine qui attire les globules blancs, appelée CXCL10.

Fournir des chimiokines au site de la tumeur

Lorsque le cancer passe par des métastases, les vaisseaux sanguins ramifiés qui permettent à l’oxygène de se diffuser des poumons vers les globules rouges sont si minuscules qu’une cellule cancéreuse maligne circulant dans le sang peut facilement s’y installer, pour finalement se transformer en une tumeur secondaire. Une fois établies, les tumeurs métastatiques déclenchent un ensemble de signaux chimiques qui contrecarrent les défenses de l’organisme, entravant ainsi les efforts visant à induire une réponse immunitaire.
« Les métastases pulmonaires épuisent certains types de chimiokines de leur environnement local, ce qui signifie que le signal qui devrait attirer les globules blancs bénéfiques pour combattre la tumeur a disparu. Nous avons émis l’hypothèse que l’apport de ce signal de chimiokines au site de la tumeur pourrait aider à restaurer la réponse immunitaire normale de l’organisme et lui permettre d’attaquer les tumeurs », a déclaré le co-premier auteur, Anvay Ukidve, ancien chercheur diplômé.
L’équipe a d’abord optimisé ses nanoparticules pour s’assurer qu’elles ne se détacheraient de leurs globules rouges que lorsque les globules sanguins se serreraient à travers les minuscules capillaires des poumons. Ils ont également décoré leurs surfaces avec un anticorps qui se fixe à une protéine communément trouvée sur les cellules des vaisseaux sanguins des poumons, appelée ICAM-1, pour aider à augmenter la rétention des nanoparticules dans les poumons.

Ces nanoparticules sont appelés des ImmunoBaits

Ces nanoparticules ont ensuite été remplies de la chimiokine CXCL10, créant un emballage que les chercheurs ont appelé ImmunoBait. Les particules ImmunoBait ont ensuite été attachées à des globules rouges de souris pour créer un système d’administration thérapeutique appelé immunothérapie systémique ancrée dans les érythrocytes (EASI), et injectées dans le sang de souris atteintes d’un cancer du sein qui avait métastasé dans leurs poumons.
Ces particules ImmunoBait sont restées dans les poumons de ces animaux jusqu’à six heures après l’injection, et la plupart d’entre elles ont été distribuées dans et autour des métastases. Le traitement par ces ImmunoBaits a produit à une forte expression de CXCL10 pendant 72 heures, ce qui suggère que l’administration de la chimiokine a stimulé l’organisme à commencer à la produire par lui-même, malgré le microenvironnement immunosuppresseur de la tumeur.
Pour connaître exactement l’effet de la CXCL10 délivrée sur le système immunitaire des souris, l’équipe a analysé les différents types de cellules présentes dans les poumons avant et après l’injection. Ils ont observé une augmentation de l’infiltration des cellules CD4 T de type 1 (Th1), qui libèrent des substances chimiques pro-inflammatoires qui aident à garder les tumeurs sous contrôle, ainsi que des cellules CD8 effectrices et des cellules tueuses naturelles (NK), qui entraînent la mort directe des cellules cancéreuses.

Un type d’immunothérapie entièrement nouveau 

« Cette approche bio-inspirée unique de la thérapie du cancer est un merveilleux exemple de la pensée hors des sentiers battus que nous encourageons et soutenons à l’Institut Wyss – en utilisant les propres globules rouges de l’organisme pour délivrer les médicaments aux vaisseaux sanguins capillaires du poumon où se forment de nombreuses métastases, L’équipe de Samir a développé un type d’immunothérapie entièrement nouveau et a ouvert la porte à des thérapies qui pourraient sauver des vies », a déclaré Don Ingber, directeur fondateur de l’Institut Wyss.
Cette recherche a été publiée dans Nature Biomedical Engineering.
Source : Harvard Wyss Institute
Crédit photo : Pixabay