Des scientifiques créent des paquets de code génétique de taille nanométrique destinés aux cellules de la graine du cancer du cerveau

Anonim

Dans une étude de "preuve de concept", les scientifiques de Johns Hopkins Medicine ont déclaré avoir livré avec succès des paquets de taille nanométrique de code génétique appelés microARN pour traiter les tumeurs cérébrales humaines implantées chez la souris. Le contenu des contenants super-petits a été conçu pour cibler les cellules souches cancéreuses, une sorte de «graine» cellulaire qui produit une progéniture innombrable et constitue un obstacle constant à l'élimination du cerveau des cellules malignes.

Les résultats de leurs expériences ont été publiés en ligne le 21 juin dans Nano Letters.

"Le cancer du cerveau est l’un des cancers les plus connus en termes de constitution génétique, mais nous n’avons pas encore mis au point un traitement efficace", déclare John Laterra, MD, Ph.D., professeur de neurologie, d’oncologie et de neurosciences à l'École de médecine de l'Université Johns Hopkins et un chercheur scientifique au Kennedy Krieger Institute. "La résilience des cellules souches cancéreuses et de la barrière hémato-encéphalique constituent des obstacles majeurs."

Le sang qui pénètre dans le cerveau est filtré à travers une série de vaisseaux qui servent de barrière protectrice. Mais cette barrière hémato-encéphalique bloque les médicaments moléculaires susceptibles de révolutionner la thérapie du cancer du cerveau en ciblant les cellules souches cancéreuses, selon Laterra.

"Pour moderniser les traitements des tumeurs cérébrales, nous avons besoin d'outils et de méthodes qui contournent la barrière hémato-encéphalique", explique Jordan Green, Ph.D., professeur de génie biomédical, ophtalmologie, oncologie, neurochirurgie, science des matériaux et génie chimique et biomoléculaire. à la faculté de médecine de l'université Johns Hopkins. "Nous avons besoin de technologie pour administrer de manière sûre et efficace des médicaments génétiques sensibles directement aux tumeurs sans endommager les tissus normaux."

Selon Green, un cas d'espèce est le glioblastome, la forme de cancer du cerveau que le sénateur Arizona John McCain est en train de combattre, qui nécessite souvent des interventions chirurgicales répétées. Les médecins enlèvent le tissu tumoral cérébral qu'ils peuvent voir, mais la tumeur maligne revient souvent rapidement, dit Laterra. La plupart des patients atteints de glioblastome vivent moins de deux ans après le diagnostic.

Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que les cellules souches cancéreuses sont à la base de ce qui entraîne le retour et la propagation du glioblastome et d'autres cancers. Ces cellules souches donnent naissance à d'autres cellules cancéreuses et, si elles échappent au couteau du chirurgien, peuvent conduire à une toute nouvelle tumeur.

Laterra et Green, qui sont membres du Johns Hopkins Kimmel Cancer Center, ont conçu un moyen efficace de distribuer de minuscules paquets de microARN dans des tumeurs cérébrales établies. Les microARN ciblent les cellules souches cancéreuses du cerveau afin de stopper leur capacité à se propager et à soutenir la croissance tumorale.

Les sachets sont faits de plastique biodégradable similaire au matériau utilisé pour les sutures chirurgicales et qui se dégrade avec le temps. Ils sont 1 000 fois plus petits que la largeur d'un cheveu humain et sont typiques de la taille et de la forme des composants naturels utilisés par les cellules pour communiquer. Lorsque les cellules cancéreuses engloutissent les paquets, elles se séparent et libèrent leur «charge utile» de microARN, en particulier lorsque les microARN doivent agir dans les cellules cancéreuses.

Le nanopacket contient des microARN qui se lient spécifiquement aux ARN messagers liés à deux gènes: HMGA1 et DNMT, qui fonctionnent ensemble pour réguler les programmes d'expression génique dans les cellules.

Lorsque les microARN se lient à ces ARN messagers, ils bloquent leur capacité à fabriquer des protéines et désactivent les programmes qui animent les caractéristiques des cellules cancéreuses. Sans leurs propriétés ressemblant à des souches, les cellules cancéreuses sont plus différenciées, elles perdent leur capacité à propager des tumeurs et peuvent être plus sensibles aux rayonnements et aux médicaments.

Pour leurs expériences, les scientifiques de Johns Hopkins ont implanté des cellules de glioblastome humain dans 18 souris. Pour imiter le défi clinique du traitement d'une tumeur existante, les scientifiques ont attendu 45 jours avant de traiter les animaux pour s'assurer qu'ils avaient des tumeurs bien formées. La moitié des animaux ont reçu des perfusions de nanopackets contenant des microARN actifs directement dans leurs tumeurs cérébrales, et l'autre moitié a reçu des nanopackets contenant des microARN inactifs. Pour isoler l'effet des nanoparticules, les scientifiques ont utilisé des souris élevées sans cellules T du système immunitaire ciblant les cellules cancéreuses.

Cinq des neuf souris recevant des microARN inactifs (témoins) sont mortes dans les deux mois et le reste des souris témoins est mort dans les 90 jours. Trois des neuf souris recevant des micro-ARN actifs ont duré jusqu'à 80 jours et six ont vécu jusqu'à 133 jours. Ces six patients ont été euthanasiés sans cruauté et les cerveaux de souris isolés ont été examinés pour détecter la présence de tumeurs.

Toutes les souris témoins avaient de grandes tumeurs dans leur cerveau lorsqu'elles sont mortes. Quatre des souris ayant reçu des micro-ARN actifs et ayant vécu jusqu'à 133 jours n'avaient pas de tumeurs et deux avaient de petites tumeurs.

Green dit que de nombreux médicaments génétiques sont conçus pour cibler un gène. Le type de nanoparticules utilisé par l'équipe de Johns Hopkins dans cette étude peut encapsuler plusieurs types de microARN afin de cibler plusieurs réseaux de gènes.

Selon Laterra, lorsque les cellules souches cancéreuses du cerveau internalisent les nanoparticules et passent à un état sans cellules souches, les cliniciens pourraient exploiter cette condition et administrer des rayonnements ou d'autres médicaments pour tuer les cellules désormais vulnérables.

Green dit que des équipes scientifiques développent des paquets de micro-ARN en utilisant des matériaux à base de lipides et que certaines chimiothérapies standard sont administrées dans une nanoparticule grasse appelée liposome.

Green et Laterra disent que les nanoparticules dans leur étude sont capables de pénétrer dans toute la tumeur car les cerveaux de rongeurs sont petits. Les humains, avec un cerveau plus gros, peuvent avoir besoin d'une pompe et d'un cathéter pour canaliser les nanoparticules dans le cerveau.

L’équipe de Johns Hopkins s’efforce d’élargir le développement de ses nanoparticules et de normaliser leur stabilité et leur qualité avant de demander l’autorisation de commencer des essais cliniques sur des personnes.

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