Nanoparticules d'oxyde de 188Re radiomarquées et fonctionnalisées par des protéines : améliorer la thérapie du cancer grâce aux effets radio-photothermiques simultanés
Nanoparticules de [188Re]ReOx fonctionnalisées par des protéines et marquées radioactivement : Une avancée révolutionnaire dans le traitement combiné multimodal du cancer
Le cancer reste l’une des principales causes de décès dans le monde entier, malgré les progrès significatifs des sciences médicales au cours des dernières décennies. Selon le rapport Globocan 2024, environ 20 millions de nouveaux cas de cancer ont été diagnostiqués en 2022, avec environ 9,7 millions de décès liés au cancer. Ces chiffres soulignent l’urgence de développer des méthodes plus efficaces pour le traitement du cancer et pour son diagnostic précoce. Dans ce contexte, la nanomédecine s’impose comme un domaine de recherche clé grâce à sa capacité à améliorer la délivrance ciblée de médicaments, les traitements sur mesure et l’imagerie moléculaire.
Grâce à la technologie des nanomatériaux, les nanoparticules fonctionnalisées (Nanoparticles, NPs) offrent un potentiel unique pour cibler les cellules cancéreuses tout en minimisant les effets secondaires toxiques. Ces dernières années, des stratégies combinatoires de traitement, telles que l’association de la radiothérapie (Radiotherapy, RT) et de la thérapie photothermique (Photothermal Therapy, PTT), ont reçu une attention croissante. Ces deux techniques sont complémentaires : la RT utilise des rayonnements ionisants pour détruire l’ADN des cellules tumorales, tandis que la PTT convertit la lumière proche infrarouge en chaleur pour tuer les cellules cancéreuses via une hyperthermie localisée. Cependant, chaque modalité isolée présente encore des limitations, telles que la résistance cellulaire aux radiations, l’hypoxie tumorale ou une réponse limitée à la photothérapie dans certaines conditions cancéreuses. Ainsi, une solution intégrative et synergique est primordiale.
Récemment, une équipe de scientifiques des instituts Bhabha Atomic Research Centre et Homi Bhabha National Institute, sous la direction du Dr Rubel Chakravarty, a développé des nanoparticules à base d’oxyde de rhénium marquées radioactivement ([188Re]ReOx-HSA NPs) encapsulées dans l’albumine sérique humaine (Human Serum Albumin, HSA). Ce dispositif innovant combine la RT et la PTT dans un unique agent de traitement du cancer. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging.
Contexte et objectifs de la recherche
Les auteurs ont exploré un nanomédicament theranostique intégrant le radionucléide thérapeutique 188Re à l’albumine humaine biocompatible. Le rhénium-188 est une source radioactive bien connue qui produit des rayonnements β, particulièrement efficaces pour le traitement du cancer, et des rayonnements γ (155 keV) adaptés à l’imagerie SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography). L’objectif principal était de maximiser l’efficacité thérapeutique grâce à la délivrance ciblée et synergique des traitements, tout en minimisant les effets secondaires associés.
Étapes de l’étude
Cette recherche méthodique et innovante a été réalisée à travers les étapes clés suivantes :
1. Synthèse et caractérisation des nanoparticules
Les nanoparticules d’oxyde de rhénium encapsulées dans l’albumine humaine (ReOx-HSA NPs) ont été synthétisées par réduction de l’ammonium perrhéniate (NH4ReO4) en utilisant le borohydrure de sodium (NaBH4) sous agitation dans une solution aqueuse. Le produit final est une solution brun foncé, caractéristique de la formation des nanoparticules.
Résultats de la caractérisation :
- Des images obtenues par microscopie électronique à transmission haute résolution (HR-TEM) montrent que la taille moyenne des particules est comprise entre 4 et 6 nm.
- Les mesures de diffusion dynamique de la lumière (Dynamic Light Scattering, DLS) révèlent un diamètre hydrodynamique moyen de 15,6 ± 0,8 nm, cohérent avec les données TEM.
- Les nanoparticules conservent une stabilité colloïdale pendant au moins 10 jours en milieu physiologique.
- L’analyse thermogravimétrique (TGA) indique que près de 50 % des nanoparticules sont recouvertes par l’albumine humaine.
Des analyses spectroscopiques supplémentaires (spectroscopie Raman, spectroscopie photoélectronique X) ont été réalisées pour évaluer leur structure chimique et vérifier les interactions avec les protéines de surface.
2. Évaluation des propriétés photothermiques
En raison de la résonance plasmonique de surface localisée (Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR) de l’oxyde de rhénium, des mesures de photothermie ont été réalisées en irradiant les NPs avec un laser proche infrarouge (808 nm). Des augmentations de température rapides ont été observées en 5 minutes, atteignant 28°C pour une concentration de 1 mg/mL des particules, tandis que l’eau déionisée utilisée comme contrôle n’a vu qu’une augmentation de 2,3°C. Les résultats ont également montré une excellente stabilité au cours de cycles répétés d’irradiation.
3. Marquage radioactif et évaluation de la stabilité
Des nanoparticules intrinsèquement marquées radioactivement avec le radionucléide 188Re ([188Re]ReOx-HSA NPs) ont été produites en ajoutant 188ReO4- au système réactionnel. La stabilité des radiomarqueurs a été vérifiée sur 48 heures dans des conditions physiologiques (PBS et sérum de souris), montrant une pureté chimique stable d’environ 92 %.
4. Cytotoxicité et efficacité thérapeutique in vitro
Des études cytotoxiques ont été effectuées sur des lignes cellulaires de mélanome murin (B16F10) :
- Les résultats montrent une faible toxicité des ReOx-HSA NPs, 91 % des cellules restant viables à la concentration élevée de 500 µg/mL.
- La RT seule (via [188Re]ReOx-HSA NPs) a détruit 37 % des cellules cancéreuses, tandis que la PTT seule a tué 30 %. En revanche, la combinaison RT+PTT a significativement augmenté l’efficacité, détruisant 87 % des cellules.
5. Études in vivo sur modèles murins
Des expériences ont été réalisées sur des souris C57BL/6 porteuses de mélanomes :
- Imagerie SPECT/CT : après injection intratumorale, les NPs restent localisées de manière homogène au site tumoral pendant au moins 48 heures.
- Efficacité thérapeutique : la combinaison RT+PTT réduit considérablement la croissance tumorale tout en limitant les doses radioactives et les effets secondaires associés, par rapport aux modalités individuelles.
Résultats et implications
Conclusions principales
Les [188Re]ReOx-HSA NPs développées dans cette recherche représentent une plateforme theranostique prometteuse qui combine l’imagerie bimodale (SPECT/CT) et les traitements combinés RT/PTT. Les caractéristiques suivantes les rendent particulièrement intéressantes :
1. Biocompatibilité et efficacité photothermique exceptionnelles.
2. Stabilité élevée grâce au marquage intrinsèque avec le radioisotope 188Re.
3. Potentiel de biodégradabilité, minimisant les effets toxiques à long terme.
Points forts de l’étude
- Innovations : l’intégration intrinsèque du 188Re directement dans la matrice des NPs évite les modifications de surface qui pourraient compromettre leur stabilité.
- Multifonctionnalité : offre une thérapie ciblée et une imagerie de haute précision.
- Sécurité : tests biochimiques et analyses histopathologiques ne révèlent aucun effet secondaire grave après traitement.
Perspectives et applications potentielles
Les [188Re]ReOx-HSA NPs ouvrent de nouvelles perspectives pour un traitement personnalisé du cancer grâce à leur combinaison unique de diagnostic et de thérapie. Cependant, des études à long terme sur la toxicité, la biodégradabilité et le ciblage des métastases sont nécessaires pour accélérer leur transfert en clinique. Les nanotechnologies offrent une opportunité sans précédent pour améliorer les résultats des traitements contre le cancer tout en réduisant les effets secondaires sur la qualité de vie des patients.