Un type avancé de nanoparticule pourrait aider à combattre les cancers difficiles à traiter

Les nanoparticules, ou de minuscules molécules capables de fournir une foule de traitements médicamenteux et d’autres agents, sont très prometteuses pour le traitement du cancer. Les scientifiques peuvent les construire sous différentes formes à partir de différents matériaux, souvent sous forme de structures poreuses et cristallines constituées d’un réseau de composés métalliques et organiques, ou sous forme de capsules qui enferment leur contenu dans une coquille. Lorsqu’elles sont injectées dans une tumeur, ces particules peuvent délivrer des traitements qui attaquent directement les cellules cancéreuses ou compléter d’autres traitements tels que l’immunothérapie et la radiothérapie.

Dans un effort de collaboration entre des spécialistes du cancer et des chimistes, des chercheurs de l’Université de Chicago ont formulé un type avancé de nanoparticule qui transporte un composé dérivé d’une bactérie pour cibler une puissante voie du système immunitaire appelée STING. Les particules modifient la structure des vaisseaux sanguins de la tumeur et stimulent une réponse immunitaire. Cette approche aide également à surmonter la résistance aux traitements d’immunothérapie dans certaines tumeurs pancréatiques et augmente également la réponse à la radiothérapie dans le gliome.

Il s’agissait d’une collaboration inhabituelle entre la médecine et la chimie inorganique pour répondre à ce besoin non satisfait de traiter les tumeurs insolubles avec la thérapie conventionnelle. Nous avons pu fournir un stimulant immunitaire qui a lui-même une activité anti-tumorale et a permis à la radiothérapie et à l’immunothérapie de guérir ces tumeurs. »

Ralph Weichselbaum, MD, professeur de service distingué Daniel K. Ludwig et président de la radiothérapie et de l’oncologie cellulaire à UChicago

L’étude, « Les nanoparticules d’AMP dicycliques de zinc ciblent et suppriment les tumeurs par l’activation endothéliale de STING et la revitalisation des macrophages associés aux tumeurs », a été publiée dans nanotechnologie de la nature le 26 octobre 2022.

Tumeurs froides, chaudes et plus chaudes

Comme toujours avec le cancer, certaines tumeurs résistent même aux traitements les plus pointus. L’immunothérapie active le système immunitaire du corps pour trouver et détruire les cellules cancéreuses, mais les tumeurs doivent être « chaudes » ou enflammées pour que ces traitements soient efficaces. Les tumeurs dites « froides » qui ne sont pas enflammées peuvent se cacher du système immunitaire mais continuent à se développer et à métastaser.

Dans une paire d’études publiées en 2014, Weichselbaum et d’autres chercheurs de l’UChicago ont montré que les souris dépourvues d’une voie protéique appelée STING ne développaient pas de réponse immunitaire efficace contre le cancer avec l’immunothérapie ou la radiothérapie à haute dose. STING, abréviation de Stimulator of Interferon Genes complex, est un élément crucial du processus sur lequel le système immunitaire s’appuie pour détecter les menaces, telles que les infections ou les cellules cancéreuses, qui sont marquées par la présence d’ADN endommagé ou au mauvais endroit. , à l’intérieur de la cellule mais à l’extérieur du noyau.

Depuis lors, STING est devenu une cible attrayante pour les traitements visant à chauffer les tumeurs froides et à chauffer davantage les tumeurs déjà chaudes. Cependant, cela a été difficile car les médicaments qui stimulent la voie STING ont tendance à être très petits et solubles dans l’eau, donc lorsqu’ils sont injectés par voie intraveineuse, ils sont rapidement éliminés par filtration rénale et peuvent provoquer une toxicité dans les tissus normaux à fortes doses.

Wenbin Lin, PhD, professeur de chimie James Franck à UChicago, se spécialise dans la construction de nanostructures capables de délivrer une variété de composés aux tumeurs. Les nanoparticules ont tendance à être piégées dans les tumeurs en raison de leur système vasculaire et lymphatique incontrôlable, de sorte qu’elles peuvent délivrer une plus grande partie de leur charge utile exactement là où elles sont nécessaires. Lin a développé un nouveau type de particules appelées polymères de coordination à l’échelle nanométrique (PCN) qui ont un noyau de phosphate de zinc non toxique entouré de couches lipidiques. Ces NCP ont l’avantage de pouvoir être conçus pour une libération contrôlée, ce qui augmente encore le dépôt de médicament dans les tumeurs.

Lin, qui a suivi une formation de chimiste inorganique, dit qu’il se trouve dans une situation unique en travaillant sur des traitements médicaux en raison de son expérience dans la conception de particules aux propriétés différentes. « Il s’agit d’une technologie unique qui convient à la délivrance de nombreux agents pharmacologiques. Nous savons déjà comment modifier la surface afin qu’ils puissent circuler dans le sang et ne pas être absorbés par les macrophages », a-t-il déclaré.

Une technologie polyvalente

Dans la nouvelle étude, les équipes de Weichselbaum et Lin ont chargé les NCP avec un nucléotide appelé adénosine monophosphate dimère cyclique (CDA). Le CDA est un morceau d’ADN que les bactéries génèrent lorsqu’elles envahissent un hôte ; leur apparition soudaine, soit par infection, soit par une nanoparticule, déclenche la voie STING et la réponse immunitaire innée de l’hôte pour lutter contre le cancer.

Cette réponse immunitaire accrue a attaqué les tumeurs de multiples façons, en supprimant la croissance tumorale et en prévenant les métastases dans divers types de cancer. Il a détruit les cellules endothéliales dans les vaisseaux sanguins des tumeurs, augmentant encore le dépôt de CDA dans les tumeurs. Étonnamment, il a également amélioré la capacité des macrophages associés aux tumeurs qui avaient infiltré les tumeurs à présenter des antigènes qui les marquent pour une attaque par les cellules T antitumorales.

De plus, cette approche a rendu les tumeurs pancréatiques froides non enflammées plus propices au traitement par immunothérapie. Il était également efficace contre le gliome, traversant efficacement la barrière hémato-encéphalique pour inverser la résistance à l’immunothérapie et renforcer les effets des traitements de radiothérapie.

« C’est la partie brillante de ces nanoformulations. Nous avons pu encapsuler un agoniste STING qui est extrêmement puissant et favorise à la fois l’immunité innée et adaptative », a déclaré Weichselbaum.

Lin, qui a formé une start-up appelée Coordination Pharmaceuticals pour développer NCP, est enthousiasmé par son potentiel pour des utilisations plus cliniques.

« Cela a un potentiel énorme car nous ne sommes pas limités à un seul composé. Nous pouvons formuler d’autres nucléotides et utiliser d’autres médicaments sur le même NCP », a-t-il déclaré. « La technologie est polyvalente et nous explorons des moyens d’optimiser les formulations pour faire participer davantage de candidats NCP aux essais cliniques. Les petites start-ups peuvent faire avancer les candidats cliniques dans un délai beaucoup plus court que les grandes sociétés pharmaceutiques.