Étude sur la sécurité et l’efficacité de l’utilisation d’algorithmes pour contrôler la technique de l’électroporation dans le traitement du mélanome spontané chez le cheval

Ces dernières années, l’électroporation irréversible (IRE) en tant que technique d’ablation non thermique, a montré un potentiel énorme dans le traitement des tumeurs. Comparée aux méthodes traditionnelles d’ablation thermique, l’IRE permet de mieux préserver la matrice extracellulaire et les principaux vaisseaux sanguins, minimisant ainsi les dommages aux tissus environnants. Cependant, à l’heure actuelle, la technologie de l’électroporation présente encore des défis dans son application pratique, notamment en ce qui concerne le contrôle efficace des variations de température pendant le traitement afin d’éviter les lésions thermiques. Cette étude est basée sur ce contexte et explore la sécurité et l’efficacité de l’utilisation d’algorithmes pour contrôler l’électroporation (Algorithmically Controlled Electroporation, ACE) dans le traitement du mélanome spontané chez le cheval.

Source de l’étude

Cette étude a été rédigée conjointement par Christopher C. Fesmire, Ross A. Petrella, Robert Williamson, Kobi Derks, Jennifer Ruff, Thomas McParkland, Erin O’Neil, Callie Fogle, Timo Prange et Michael B. Sano. L’équipe de recherche appartient au département conjoint de bio-ingénierie de l’Université d’État de Caroline du Nord et de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, ainsi qu’à l’école de médecine vétérinaire de l’Université d’État de Caroline du Nord. Cet article a été accepté par l’IEEE Transactions on Biomedical Engineering et devrait être publié officiellement en 2024.

Processus de recherche

Le processus de travail principal de cette étude comprend : la modélisation informatique et les expériences in vitro, le développement et la validation du système de contrôle des électrodes et de la température, la mise en œuvre des essais cliniques et l’analyse des données. Ces étapes sont détaillées comme suit :

Modélisation informatique et expériences in vitro

Tout d’abord, l’équipe de recherche a développé un système de génération de pulsations haute tension couplé à des électrodes coaxiales, combiné à un système de contrôle de la température basé sur un retour d’information. Grâce à la modélisation par éléments finis et aux expériences in vitro, le système a été validé pour sa capacité à réaliser et maintenir la température cible. Le modèle simulait un domaine de tissu tumoral cylindrique de 5 cm de rayon et de 5 cm de hauteur, l’aiguille centrale de l’électrode coaxiale étant définie comme la cathode et l’électrode annulaire comme l’anode. À l’aide du logiciel COMSOL Multiphysics, les distributions du champ électrique et les variations de température ont été étudiées pour différents paramètres géométriques et tensions de traitement.

Développement et validation du système de contrôle des électrodes et de la température

L’équipe de recherche a conçu et imprimé en 3D une structure de poignée d’électrode intégrant des capteurs de température à fibre optique. Sur un modèle de foie de porc in vitro, des comparaisons entre les capteurs de température internes et externes ont permis d’ajuster et de valider les algorithmes de contrôle de la température. Parallèlement, l’équipe a développé un générateur de pulsations personnalisé permettant de collecter en temps réel les paramètres de pulsation et les données de température.

Essais cliniques

Ensuite, l’équipe de recherche a mené des essais cliniques de traitement ACE du mélanome chez le cheval à l’école de médecine vétérinaire de l’Université d’État de Caroline du Nord. Cinq chiens atteints de mélanome spontané ont été inclus dans l’étude, chaque tumeur recevant respectivement un traitement par électroporation de 0,005 s, 0,01 s ou 0,02 s selon la taille du volume tumoral. Au cours du traitement, les patients sont restés éveillés et debout, avec une sédation légère.

Résultats de la recherche

Validation du contrôle de la température

Les résultats des expériences in vitro ont montré que, avec une fréquence de pulsations constante standard, la température externe mesurée était supérieure à la température interne mesurée. Avec l’augmentation du taux de transfert d’énergie, l’écart de température entre les deux a également augmenté. En utilisant un contrôle actif de la température, la différence de température entre la température externe et interne a été significativement réduite à 8,3 %. Cela indique que l’algorithme de contrôle de la température peut efficacement maintenir la température tumorale à proximité de la valeur cible, évitant ainsi les lésions thermiques dues à un dépassement de la température cible.

Résultats de la modélisation informatique

Les résultats de la simulation ont montré que l’électrode coaxiale pouvait couvrir une tumeur potentielle d’un diamètre de 1 cm à 2 cm. Comparée à la configuration traditionnelle de l’électrode à deux aiguilles, la portée de traitement de l’électrode coaxiale est plus grande. La simulation temporelle dépendante a révélé que, en raison de l’influence des variations instantanées de température sur la conductivité tissulaire, la distribution du champ électrique changeait en fonction du temps. Le contrôle de la température peut réduire considérablement la zone de lésion thermique et maintenir un volume de traitement tumoral efficace.

Résultats des essais cliniques

Tous les traitements cliniques ont été menés sans incidents indésirables. La température moyenne a été contrôlée à 42,2 ± 5,2ºC, et le courant de traitement a augmenté de 14,6 ± 8,3 A à 20,4 ± 9,2 A. L’étude a révélé que tous les traitements par électroporation, quel que soit leur durée, pouvaient réduire le volume tumoral et même entraîner une régression complète. Le volume tumoral a diminué en moyenne de 100%, 98% et 100%.

Sécurité et efficacité

La méthode ACE a montré une sécurité et une efficacité très élevées dans le traitement du mélanome chez le cheval. L’algorithme de contrôle de la température peut ajuster en temps réel le taux de transfert d’énergie sans nécessiter de connaissance préalable des propriétés électriques ou thermiques des tissus, offrant ainsi un traitement non thermique. De plus, la flexibilité de l’algorithme permet aux cliniciens d’ajuster en temps réel les paramètres de température en fonction de la localisation de la tumeur et des besoins du traitement.

Signification et valeur

Cette étude a été la première à valider la faisabilité du traitement par électroporation contrôlé par algorithme dans les mélanomes chez le cheval, offrant de nouvelles perspectives pour le traitement futur du cancer. Comparée aux méthodes traditionnelles, la méthode ACE ne nécessite pas de planification complexe préalable et de connaissance des propriétés tissulaires, ce qui permet une destruction efficace des tumeurs tout en évitant les lésions thermiques dues à une surchauffe. Cette technologie offre un large potentiel d’application dans le traitement des tumeurs, notamment dans les applications cliniques nécessitant un contrôle précis de l’énergie pour éviter les lésions thermiques, et elle a une grande valeur scientifique et pratique.

Les recherches futures devraient élargir encore davantage l’échantillon clinique, explorer l’application à divers types de tumeurs et tumeurs profondes, et optimiser les paramètres de traitement pour améliorer les résultats thérapeutiques. Grâce à cette étude, la technologie ACE pourrait devenir une méthode de traitement des tumeurs plus sûre et plus efficace, offrant ainsi plus d’options thérapeutiques aux patients atteints de cancer.