Les médicaments activés par laser.

Researchers at The Ohio State University Comprehensive Cancer Center -- Arthur G. James Cancer Hospital and Richard J. Solove Research Institute (OSUCCC -- James) have developed nanoparticles that swell and burst when exposed to near-infrared laser light.

Such 'nanobombs' might overcome a biological barrier that has blocked development of agents that work by altering the activity -- the expression -- of genes in cancer cells. The agents might kill cancer cells outright or stall their growth.

The kinds of agents that change gene expression are generally forms of RNA (ribonucleic acid), and they are notoriously difficult to use as drugs. First, they are readily degraded when free in the bloodstream. In this study, packaging them in nanoparticles that target tumor cells solved that problem.

This study, published in the journal Advanced Materials, suggests that the nanobombs might also solve the second problem. When cancer cells take up ordinary nanoparticles, they often enclose them in small compartments called endosomes. This prevents the drug molecules from reaching their target, and they are soon degraded.

Along with the therapeutic agent, these nanoparticles contain a chemical that vaporizes, causing them to swell three times or more in size when exposed to near-infrared laser light. The endosomes burst, dispersing the RNA agent into the cell.

"A major challenge to using nanoparticles to deliver gene-regulating agents such as microRNAs is the inability of the nanoparticles to escape the compartments, the endosomes, that they are encased in when cells take up the particles," says principal investigator Xiaoming (Shawn) He, PhD, associate professor of Biomedical Engineering and member of the OSUCCC -- James Translational Therapeutics Program.

"We believe we've overcome this challenge by developing nanoparticles that include ammonium bicarbonate, a small molecule that vaporizes when exposing the nanoparticles to near-infrared laser light, causing the nanoparticle and endosome to burst, releasing the therapeutic RNA," He explains. For their study, He and colleagues used human prostate-cancer cells and human prostate tumors in an animal model. The nanoparticles were equipped to target cancer stem-like cells (CSCs), which are cancer cells that have properties of stem cells. CSCs often resist therapy and are thought to play an important role in cancer development and recurrence.

The therapeutic agent in the nanoparticles was a form of microRNA called miR-34a. The researchers chose this molecule because it can lower the levels of a protein that is crucial for CSC survival and may be involved in chemotherapy and radiation therapy resistance.

The nanoparticles also encapsulate ammonium bicarbonate, which is a leavening agent sometimes used in baking. Near-infrared laser light, which induces vaporization of the ammonium bicarbonate, can penetrate tissue to a depth of one centimeter (nearly half an inch). For deeper tumors, the light would be delivered using minimally invasive surgery.


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Des chercheurs de l'Université Ohio State ont mis au point des nanoparticules qui gonflent et éclatent lorsqu'elles sont exposées à la lumière laser dans le proche infrarouge.

Ces «nano bombes» pourraient surmonter une barrière biologique qui a bloqué le développement d'agents qui agissent par modification de l'activité des gènes dans les cellules cancéreuses. Les agents pourraient tuer les cellules cancéreuses purement et simplement ou bloquer leur croissance.

Les types d'agents qui modifient l'expression des gènes sont généralement des formes de l'ARN (acide ribonucléique), et ils sont notoirement difficiles à utiliser comme médicaments. D'abord, ils sont facilement dégradés quand ils sont libre dans la circulation sanguine. Dans cette étude, les emballer dans des nanoparticules qui ciblent les cellules tumorales résouds ce problème.

Cette étude, publiée dans la revue Advanced Materials, suggère que les nano bombes pourraient également résoudre le second problème. Lorsque les cellules cancéreuses absorbent des nanoparticules ordinaires, elles les enferment souvent dans de petits compartiments appelés endosomes. Cela empêche les molécules de médicament d'atteindre leur cible, et elles sont rapidement dégradées.

En plus de l'agent thérapeutique, ces nanoparticules contiennent un produit chimique qui se vaporise, ce qui provoque leur gonflement de trois fois ou plus en taille lorsqu'il est exposé à une lumière laser dans le proche infrarouge. Les endosomes éclatent donc dispersant l'agent de l'ARN dans la cellule.

«Un défi majeur à l'utilisation des nanoparticules pour délivrer des agents de régulation de gènes tels que les microARN est l'incapacité des nanoparticules d'échapper aux compartiments, les endosomes, dans lesquels ils sont enfermés lorsque les cellules prennent les particules," dit le chercheur principal Xiaoming (Shawn) Il, PhD, professeur agrégé de génie biomédical et membre du OSUCCC - Programme de thérapeutique translationnelle James.

"Nous croyons que nous avons surmonté ce défi en développant des nanoparticules qui comprennent du bicarbonate d'ammonium, une petite molécule qui se vaporise lors de l'exposition des nanoparticules à la lumière laser infrarouge proche, provoquant l'éclatement de la nanoparticule et de l'endosome, libérant l'ARN thérapeutique,". Pour leur étude, Lui et ses collègues ont utilisé des cellules de la prostate cancéreuses humaines et des tumeurs de la prostate humaines dans un modèle animal. Les nanoparticules ont été équipés pour cibler les cellules cancéreuses souches analogue (CSC), qui sont des cellules cancéreuses qui ont des propriétés de cellules souches. Les CSC résistent souvent à une thérapie et on pense que ces cellules jouent un rôle important dans le développement du cancer et de la récurrence.

L'agent thérapeutique dans les nanoparticules était une forme de microARN appelée miR-34a. Les chercheurs ont choisi cette molécule car elle peut abaisser les niveaux d'une protéine qui est crucial pour la survie du CSC et peut être impliquée dans la résistance à la chimiothérapie et la radiothérapie.

Les nanoparticules encapsulent également le bicarbonate d'ammonium, qui est un agent de levure parfois utilisée dans la cuisson. La lumière laser au proche infrarouge, qui induit une vaporisation du bicarbonate d'ammonium, peut pénétrer le tissu à une profondeur d'un centimètre (près de la moitié d'un pouce). Pour les tumeurs profondes, la lumière serait livré en utilisant une chirurgie minimalement invasive.

La recherche contre le cancer est toujours à la pointe en Belgique. Qu’a-t-on inventé de neuf ? Sur Santé vous bien, on vous tient au courant des nouveaux espoirs soulevés par les recherches de médecins ou professeurs belges. Depuis quelques temps, à Liège, on utilise la lumière pour tuer des cellules cancéreuses. La thérapie photodynamique ou PDT (PhotoDynamicTherapy) utilise un agent photosensibilisant, la lumière et l’oxygène pour détruire les cellules cancéreuses. Le Professeur Jacques Piette travaille depuis de nombreuses années sur les molécules photosensibilisantes et certains mécanismes cellulaires.

En quoi la lumière peut-elle interagir avec notre organisme? Un premier exemple d’interaction peut être fourni par certains médicaments de votre quotidien et substances chimiques, dits photosensibilisants ou photosensibilisateurs (PS), qui ont pour effet secondaire de s’activer en présence de la lumière et de provoquer des dégâts cellulaires qui se traduisent par des éruptions cutanées, des brûlures, voire des nécroses. Pour limiter ces risques, il convient de se protéger de la lumière le temps du traitement médicamenteux.

Les cellules cancéreuses, pour des raisons diverses, liées entre autre à leur prolifération et leur métabolisme anormal, accumulent les porphyrines (molécules que l’on retrouve dans l’hémoglobine qui assure le transport de l’oxygène et du CO2 ) tandis que les cellules saines les éliminent rapidement. « De là est venue l’idée qu’en administrant un agent photosensibilisant procurant une certaine sélectivité vis-à-vis des cellules cancéreuses, il serait ensuite possible, en les éclairant avec une longueur d’onde appropriée, de les détruire sans léser les tissus sains : c’est le principe de la thérapie photodynamique ! » résume le Professeur Jacques Piette, directeur de recherches FRS-FNRS et directeur du GIGA-Research à l’Université de Liège. Le protocole médical est relativement simple. Un photosensibilisateur, inactif tant qu’il n’est pas éclairé, est administré soit par injection dans la tumeur dans les cas des cancers superficiels ou dans la circulation sanguine pour les plus profonds, soit appliqué localement comme dans le cas des cancers de la peau.

Après un certain temps, appelé intervalle drogue-lumière, la tumeur a accumulé une grande quantité de PS - elle est devenue photosensible - tandis que les tissus sains l’ont éliminé en majeure partie. Le médecin ensuite applique une lumière rouge sur la tumeur en l’éclairant quelques minutes par illumination directe dans le cas des cancers superficiels ou à l’aide d’un faisceau laser par endoscopie pour les cancers plus profonds. Les effets secondaires sont limités : tout au plus une douleur localisée ou une photosensibilité résiduelle pendant quelques jours durant lesquels il faut éviter de s’exposer à la lumière solaire. Un nouvel espoir à suivre !

Les chercheurs à l'institut national du cancer au Princesse Margaret Hopital ont démontré que les cellules cancéreuses peuvent être tuées par un nopuveau médicament qui est initié par une lumière lazer, un processus connu comme la thérapie photodynamique (PDT) L'article décrit comment ces médicaments photosensibles peuvent être activés une fois qu'ils ont localisé la cible. Pour la première fois Zheng et Wilson ont démontré que les tumeurs cancéreuses peuvent être attaquées sélectivement en utilisant le PDT. Quand la lumière active le nouveau médicament, cela active une forme réactive de l'oxygène ce qui détruit les cellules et seulement celles-là qui ont été marquées par le médicament.

"La difficulté est de controler par le médicament cette forme réactive de l'oxygène" explique le docteur Zheng " pour la première fois, en utlisant des souris et sur des cellules séparées, nous avons montré qu'il est possible de limiter les dommages collatéraux avec cette approche.


Les essais cliniques (sur des humains) prendront encore 1 an ou 2 à venir.

"C'est un pas excitant dans la lutte contre le cancer" dit le docteur Wilson "Ce processus pourrait grandement rehausser la fenêtre thérapeuthique en rendant les tumeurs pus susceptibles pour les dommages avec le PDT que les celllules et tissus normaux.

Cette étude fait suite à un article de 2004 du docteur Wilson qui décrit la théorie qui a maintenant été prouvé en laboratoire.