Les «monorails» de nanofibres transportent les tumeurs cérébrales jusqu'à leur mort

Le glioblastome est la forme la plus mortelle de cancer du cerveau et l'une des raisons pour lesquelles il est difficile à traiter est que les cellules tumorales se propagent à d'autres parties du cerveau en suivant les fibres nerveuses et les vaisseaux sanguins. Maintenant, en utilisant des «monorails» en nanofibres, les ingénieurs biomédicaux ont trouvé un moyen de détourner cette caractéristique migratoire et d’attirer les cellules malignes ailleurs.

L'idée est d'attirer les cellules cancéreuses en migration vers un endroit plus accessible où elles peuvent être tuées. Cela pourrait être en dehors du cerveau, par exemple.

Une autre option, par exemple, pourrait consister à déplacer les tumeurs des endroits inutilisables vers des lieux où les chirurgiens peuvent les éliminer plus facilement.

Bien qu'il soit peu probable qu'une telle méthode élimine complètement le cancer, l'espoir est qu'un jour, une maladie mortelle pourrait être transformée en une maladie traitée comme une maladie chronique.

Lorsqu'ils ont testé la méthode chez l'animal, les chercheurs ont constaté qu'elle réduisait la taille des tumeurs cérébrales.

Ils rapportent leur travail dans le journal Matériaux naturels.

Chaque année aux États-Unis, environ 10 000 personnes ont reçu un diagnostic de glioblastome. Ils sont actuellement traités par chimiothérapie, radiothérapie et chirurgie, mais même lorsqu'ils reçoivent les trois, les patients vivent rarement plus de 18 mois après le diagnostic.

Les cellules cancéreuses s'accrochent aux nanofibres synthétiques et les «conduisent comme un monorail»

Les nanofibres sont appelées parce qu'elles sont extrêmement minces, en l'occurrence environ la moitié de l'épaisseur du cheveu humain, et à une échelle compatible avec les fibres nerveuses et les vaisseaux sanguins. Le chercheur principal, Ravi Bellamkonda, professeur et président du département de génie biomédical Wallace H. Coulter de l'Université Georgia Tech et Emory à Atlanta, explique:

"Nous avons conçu une nanofibre polymère à couche mince qui imite la structure des nerfs et des vaisseaux sanguins que les cellules tumorales du cerveau utilisent normalement pour envahir d'autres parties du cerveau."

"Les cellules cancéreuses s'accrochent normalement à ces structures naturelles et les transportent comme un monorail vers d'autres parties du cerveau", poursuit-il. "En fournissant une fibre alternative attrayante, nous pouvons déplacer efficacement les tumeurs sur un chemin différent vers une destination que nous choisissons."

Il ajoute qu’une caractéristique intéressante d’une telle méthode pourrait être qu’elle offre une alternative aux traitements médicamenteux et radiologiques:

"Il n'y a pas de médicaments qui pénètrent dans le sang et qui circulent dans le cerveau pour nuire aux cellules saines. Traiter ces cancers avec des films peu invasifs pourrait être beaucoup moins dangereux que le déploiement de produits chimiques pharmaceutiques."

Attirer les cellules tumorales sur une voie de moindre résistance

L’équipe a eu l’idée d’utiliser des nanofibres pour traiter le glioblastome en raison du travail déjà réalisé sur la fabrication de biomatériaux pour réparer les lésions de la moelle épinière. Il existe des similitudes dans le travail, par exemple les voies de signalisation impliquées sont les mêmes.

Les cellules tumorales envahissent généralement les tissus sains en sécrétant des enzymes pour préparer la voie. Les cellules doivent dépenser beaucoup d'énergie pour que cela se produise. Les chercheurs pensaient que s'ils pouvaient offrir aux cellules une voie de migration où ils ne devaient pas dépenser beaucoup d'énergie, ils le prendraient.

Le premier auteur, Anjana Jain, professeure adjointe au Département de génie biomédical du Worcester Polytechnic Institute du Massachusetts, qui a travaillé sur l'étude alors qu'elle était boursière postdoctorale au laboratoire Bellamkonda, a déclaré:

"Notre idée était de donner aux cellules tumorales une voie de moindre résistance, une voie qui ressemble aux structures naturelles du cerveau, mais qui est attrayante car les cellules cancéreuses ne sont pas obligées de dépenser plus d'énergie."

Pour l’étude, l’équipe a fabriqué des nanofibres à partir de polymère de polycaprolactone (PCL) entouré d’un support en polyuréthane. La surface du matériau est très similaire aux contours des vaisseaux sanguins et des fibres nerveuses que les cellules tumorales parcourent.

Les chercheurs ont implanté les nanofibres dans le cerveau de rats atteints de glioblastomes humains.

L'équipe a également traité d'autres groupes de rats à des fins de comparaison. Ceux-ci ont été implantés avec des nanofibres sans PCL, ou ont été fabriqués à partir d'un film PCL non texturé, ou n'ont pas été traités.

Les rats traités ont montré un rétrécissement significatif de la tumeur du glioblastome

Les cellules tumorales ont migré le long des nanofibres vers un collecteur de tumeurs situé à l'extérieur du cerveau. Le collecteur de tumeurs contenait un gel contenant le médicament cyclopamine, qui est toxique pour les cellules cancéreuses.

Après 18 jours, les résultats ont montré que les rats traités avec des implants en nanofibres PCL près des tumeurs présentaient des réductions significatives de la taille des tumeurs. De plus, leurs cellules tumorales avaient migré sur toute la longueur de toutes les nanofibres dans le gel collecteur.

Le professeur Bellamkonda dit que l'éradication du cancer serait l'idéal, mais qu'une approche basée sur la méthode qu'ils ont démontrée pourrait au moins offrir un moyen de contrôler la croissance des cancers inopérables et donner aux patients une chance de vivre une vie normale.

"Peut-être qu'avec de telles idées, nous pourrions vivre avec le cancer, tout comme nous vivons avec le diabète ou l'hypertension", ajoute-t-il.

Il faudra du temps avant que la technique passe du laboratoire à la clinique, peut-être 10 ans ou plus, dit l'équipe.

Les prochaines étapes consistent à voir comment la méthode pourrait fonctionner avec d'autres types de cancer du cerveau et les cancers difficiles à éliminer.

Les fonds de l'Institut national du cancer des Instituts nationaux de la santé (NIH) ont aidé à financer l'étude.

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