Les nanorobots permettent de réduire de 90 % les tumeurs de la vessie
Le cancer de la vessie a l'un des taux d'incidence les plus élevés au monde et est la quatrième tumeur la plus fréquente chez l'homme. Bien qu'il n'ait pas un taux de mortalité élevé, près de la moitié des tumeurs de la vessie récidivent dans les cinq ans, ce qui nécessite une surveillance continue du patient, des visites fréquentes à l'hôpital et la nécessité de répéter le traitement. Pour toutes ces raisons, le cancer de la vessie est l'un des cancers les plus coûteux à guérir.
- Un voyage époustouflant à l'intérieur de la vessie
- Des années de travail et des retombées
- Innovation technologique en microscopie pour localiser les nanorobots
Les traitements actuels impliquant l'administration de médicaments directement dans la vessie ont montré de bons taux de survie, mais une faible efficacité thérapeutique. Une alternative prometteuse est l'utilisation de nanoparticules, capables de délivrer l'agent thérapeutique directement dans la tumeur. Les nanorobots, des nanoparticules capables de s'autopropulser à l'intérieur du corps, sont particulièrement intéressants.
Une étude publiée dans la prestigieuse revue Nature Nanotechnology montre comment une équipe de chercheurs a pu réduire de 90 % la taille de tumeurs de la vessie chez des souris en leur administrant une seule dose de nanorobots alimentés par de l'urée.
Ces minuscules nanomachines sont constituées d'une sphère poreuse de silice. À leur surface, elles intègrent divers composants aux fonctions spécifiques. L'un d'entre eux est l'enzyme uréase, une protéine qui réagit avec l'urée, présente dans l'urine, rendant la nanoparticule capable de se propulser. Un autre composant clé est l'iode radioactif, un radio-isotope couramment utilisé pour le traitement localisé des tumeurs.
Les travaux, menés par l'Institut de bio-ingénierie de Catalogne (IBEC) et le CIC biomaGUNE et développés en collaboration avec l'Institut de recherche en biomédecine (IRB Barcelone) et l'Université autonome de Barcelone (UAB), ouvrent la voie à de nouveaux traitements du cancer de la vessie qui réduisent le temps d'hospitalisation, ce qui impliquerait des coûts moindres et un plus grand confort pour le patient.
"Avec une seule dose, nous observons une diminution de 90 % du volume de la tumeur. C'est beaucoup plus efficace, si l'on tient compte du fait que les patients atteints de ce type de tumeur se rendent généralement à l'hôpital entre 6 et 14 fois. Avec ce type de traitement, nous augmenterions l'efficacité, en réduisant la durée d'hospitalisation et le coût du traitement", explique Samuel Sánchez, professeur de recherche ICREA à l'IBEC et responsable de l'étude.
La prochaine étape, à laquelle l'équipe travaille déjà, consiste à étudier si ces tumeurs réapparaissent après le traitement.
Un voyage époustouflant à l'intérieur de la vessie
Lors de recherches antérieures, les scientifiques ont confirmé que la capacité d'autopropulsion des nanorobots leur permettait d'atteindre toutes les parois de la vessie. Il s'agit d'un avantage par rapport à la procédure actuelle, dans laquelle le traitement est administré directement dans la vessie et où le patient doit changer de position toutes les demi-heures pour que le médicament atteigne toutes les parois.
Les nouveaux travaux vont plus loin en démontrant non seulement la mobilité des nanoparticules dans la vessie, mais aussi leur accumulation spécifique dans la tumeur. Cela a été possible grâce à différentes techniques, notamment des images médicales de tomographie par émission de positons (TEP) des souris, ainsi que des images microscopiques des tissus excisés à la fin de l'étude. Ces dernières ont été acquises à l'aide d'un système de microscopie à fluorescence développé spécifiquement pour ce projet à l'IRB Barcelone. Ce système permet d'observer l'ensemble de la vessie, en scannant les différentes couches de l'organe et en obtenant une reconstruction en 3D.
"Le système optique innovant que nous avons développé nous a permis d'annuler la lumière réfléchie par la tumeur elle-même et donc d'identifier et de localiser les nanoparticules dans tout l'organe, sans marquage préalable, avec une résolution sans précédent. Nous avons constaté que les nanorobots atteignaient non seulement la tumeur, mais parvenaient également à accéder à son intérieur, favorisant ainsi l'action du radiopharmaceutique", explique Julien Colombelli, responsable de la plateforme scientifique Microscopie numérique avancée à l'IRB Barcelone. Décrypter la raison pour laquelle les nanorobots sont capables d'accéder à l'intérieur de la tumeur était un défi. Les nanorobots ne contiennent pas d'anticorps spécifiques pour reconnaître la tumeur et, normalement, le tissu tumoral est plus rigide que le tissu sain.
"Cependant, nous avons observé que ces nanorobots ont la capacité de décomposer la matrice extracellulaire de la tumeur en augmentant localement le pH par le biais d'une réaction chimique auto-propulsive. Ce phénomène pourrait favoriser une plus grande pénétration de la tumeur et s'est avéré bénéfique pour obtenir une accumulation préférentielle dans la tumeur", explique Meritxell Serra Casablancas, coauteur de l'étude et chercheur à l'IBEC.
Les scientifiques ont conclu que les nanorobots se heurtent à l'urothélium comme s'il s'agissait d'une paroi, mais que dans la tumeur, plus spongieuse, ils pénètrent et s'accumulent à l'intérieur. Un facteur clé est la mobilité des nanorobots, qui augmente la probabilité qu'ils atteignent la tumeur.
De plus, selon Jordi Llop, chercheur au CIC biomaGUNE et co-directeur de l'étude, "l'administration localisée des nanorobots porteurs du radio-isotope réduit la probabilité de générer des effets indésirables, et la forte accumulation dans le tissu tumoral favorise l'effet radiothérapeutique".
"Les résultats de cette étude ouvrent la voie à l'utilisation d'autres radioisotopes ayant une plus grande capacité à induire un effet thérapeutique, mais dont l'utilisation est limitée lorsque les radiopharmaceutiques doivent être administrés par voie systémique", ajoute Cristina Simó, coauteur de l'étude.
Des années de travail et des retombées
L'étude rassemble les résultats de plus de trois ans de travail collaboratif entre plusieurs institutions. Une partie des données provient des thèses de doctorat de Meritxell Serra et Ana Hortelao, toutes deux chercheuses au sein du groupe Smart Nano biodevices de l'IBEC, dirigé par Sánchez. Elle provient également de la thèse de Cristina Simó, coauteur de l'étude, qui a effectué ses recherches pré-doctorales dans le laboratoire de radiochimie et d'imagerie nucléaire dirigé par Jordi Llop au CIC biomaGUNE. En outre, le groupe de l'Universitat Autònoma de Barcelona dirigé par Esther Julián a de l'expérience dans le modèle animal de la maladie. En outre, le projet a reçu un financement du Conseil européen de la recherche (CER) et de la Fondation "La Caixa".
La technologie sur laquelle reposent ces nanorobots, sur laquelle Samuel Sánchez et son équipe travaillent depuis plus de sept ans, a récemment été brevetée et constitue la base de Nanobots Therapeutics, une spin-off de l'IBEC et de l'ICREA créée en janvier 2023.
L'entreprise, fondée par Sánchez, représente un pont entre la recherche et l'application clinique : "L'obtention d'un bon financement pour la spin-off est cruciale pour pouvoir continuer à développer cette technologie et, si tout se passe bien, pour qu'elle atteigne le marché et la société. En juin, cinq mois seulement après la création de Nanobots Tx, nous avons réussi à boucler le premier cycle de financement, et nous sommes enthousiastes pour l'avenir", déclare Sánchez.
Innovation technologique en microscopie pour localiser les nanorobots
Travailler avec des nanorobots a constitué un défi scientifique majeur dans les techniques de bio-imagerie pour la visualisation de ces éléments dans les tissus et la tumeur elle-même. Les techniques non invasives les plus courantes utilisées en clinique, telles que la TEP, n'ont pas la résolution nécessaire pour localiser ces très petites particules au niveau microscopique. C'est pourquoi la Plate-forme de microscopie scientifique de l'IRB Barcelone a utilisé une technique de microscopie qui implique l'utilisation d'une nappe de lumière laser pour éclairer les échantillons et obtenir des images tridimensionnelles en diffusant la lumière lorsqu'elle touche les tissus et les particules. Observant que la tumeur elle-même diffusait une partie de la lumière, générant des interférences, ils ont développé une nouvelle technique basée sur la lumière polarisée qui annule toute la diffusion provenant des tissus et des cellules de la tumeur elle-même. Cela a permis de visualiser et de localiser les nanorobots sans avoir à les marquer au préalable avec des techniques moléculaires.
