Imagerie de fluorescence NIR-I/II ciblant la protéine d'activation des fibroblastes pour la détection du carcinome hépatocellulaire

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Nouvelle étude sur l’imagerie en fluorescence proche infrarouge pour le carcinome hépatocellulaire (HCC)

Le carcinome hépatocellulaire (HCC) est la sixième tumeur maligne la plus fréquente et la troisième cause principale de mortalité par cancer dans le monde. Selon les statistiques, le taux de récidive post-opératoire après résection de l’HCC atteint 80%, un chiffre fortement lié à la présence de lésions tumorales résiduelles après la chirurgie, incluant les composantes stromales du microenvironnement tumoral. En outre, plus de 80% des cas d’HCC sont associés à une fibrose ou une cirrhose hépatique, ce qui complique davantage le traitement.

Dans les évaluations intra-opératoires actuelles, la détection d’une résection tumorale complète dépend principalement de l’expérience du chirurgien et de l’imagerie pré-opératoire. Même les techniques telles que l’histologie en coupe congelée présentent des limites, notamment des échantillons insuffisants ou l’hétérogénéité de l’expression des marqueurs tumoraux, ce qui limite leur précision et objectivité.

Pour répondre à ce problème, les auteurs se sont focalisés sur un constituant clé du microenvironnement tumoral, à savoir les fibroblastes associés aux cancers (Cancer-Associated Fibroblasts, CAFs). Les CAFs, qui sont largement présents dans le stroma tumoral, jouent un rôle crucial dans la croissance tumorale, les récidives, les métastases, ainsi que l’immunosuppression post-chirurgicale. Comparés aux cellules tumorales HCC, les CAFs sont plus stables génétiquement et moins sujets aux mutations. Le principal marqueur des CAFs, la protéine d’activation des fibroblastes (Fibroblast Activation Protein, FAP), est surexprimé dans plus de 80% des échantillons de stroma HCC, tout en étant faiblement ou inactivé dans les tissus normaux. FAP constitue ainsi une cible spécifique et stable pour l’imagerie des tumeurs.

Dans cette étude, une nouvelle stratégie d’imagerie ciblée sur les CAFs a été développée. Un nouveau fluorophore fonctionnant dans les fenêtres I/II du proche infrarouge (Near-Infrared, NIR) nommé ICG-FAP-TATA a été conçu pour cibler spécifiquement les CAFs exprimant FAP et fournir une imagerie détaillée des foyers tumoraux d’HCC ainsi que des zones à risque élevé de métastases. Cette méthode vise à offrir un support technique prometteur pour des traitements plus précis.

Équipe de recherche et origine de l’étude

Cette recherche a été réalisée conjointement par plusieurs institutions, dont le Fifth Affiliated Hospital of Sun Yat-Sen University, l’Institute of Automation (Chinese Academy of Sciences), et le Shanghai Institute of Materia Medica (Chinese Academy of Sciences). Les premiers auteurs incluent En Lin, Miaomiao Song et al., tandis que les auteurs correspondants sont Jian Li, Zhenhua Hu, et Zhen Cheng. L’article a été publié dans le European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. Les dates clés incluent son soumission le 24 septembre 2024 et son acceptation le 10 janvier 2025.

Détails des travaux de recherche

1. Synthèse et caractérisation de la sonde

Les chercheurs ont conçu une nouvelle sonde de fluorescence basée sur un peptide cyclique, l’ICG-FAP-TATA. Le processus de synthèse comprend :

  • La modification d’un peptide cible habituel de FAP (FAP-Pep) par un 1,3,5-tria-acryloyle-triazinane pour former une structure cyclique.
  • La conjugaison de cette structure à un dérivé de l’indocyanine verte (ICG-NH2), un fluorophore actif dans les fenêtres I et II du NIR.

La synthèse réussie de la sonde a été confirmée par spectrométrie de masse MALDI-TOF. Les analyses chromatographiques HPLC ont révélé une pureté supérieure à 95%, un diamètre moyen des particules de 11,32 nm et des caractéristiques spectrales optimales en absorption et émission dans le NIR.

2. Validation in vitro de la sonde

Les tests in vitro ont utilisé différentes lignées cellulaires exprimant des niveaux variés de FAP, notamment :

  • Des cellules FAP négatives (lignée HCC LM3-Luc et cellules LX2).
  • Des cellules surexprimant FAP après transfection avec le gène correspondant (LX2-hFAP).

La sonde a montré une fluorescence significative dans les cellules LX2-hFAP à haute expression de FAP, tandis que les signaux dans les groupes négatifs restaient faibles. Ces résultats confirment la spécificité élevée de la sonde pour FAP.

3. Expérimentations sur des modèles in vivo

Les expériences in vivo ont étudié la capacité de la sonde à cibler les tumeurs dans des modèles de xénogreffes HCC :

  • Des modèles tumoraux comprenant des niveaux d’expression FAP élevés (mélange LM3-Luc + LX2 à un ratio 1:1), modérés, et faibles ont été établis.
  • Après une injection par voie intraveineuse, un signal fluorescent accru a été observé dans la région tumorale, atteignant un pic au jour 4 et persistant pendant plus de 10 jours.
  • La sonde s’est principalement accumulée dans les tumeurs, le foie et les reins. Les modèles à haute expression de FAP présentaient des ratios tumeur/fond (Tumor-to-Background Ratio, TBR) significativement plus élevés, corrélés aux intensités de fluorescence (R2 > 0,8, p < 0,05).

4. Imagerie des tissus ex vivo

Les expériences ex vivo ont examiné des tissus tumoraux issus de modèles animaux et d’échantillons humains fraîchement prélevés :

  • Modèles murins : Trois xénogreffes de cellules HCC ont été établies. Après incubation avec la sonde ICG-FAP-TATA, les signaux fluorescents étaient significativement renforcés dans les tissus tumoraux en comparaison à des marqueurs génériques (p < 0,0001).
  • Échantillons humains : Des tissus provenant de 7 patients HCC ont été utilisés. Une corrélation entre les signaux fluorescents intenses et les directions du flux sanguin a été observée, cohérente avec les mécanismes connus d’invasion métastatique des tumeurs HCC.

Principaux résultats et conclusions

  1. Spécificité et stabilité élevées
    La sonde ICG-FAP-TATA a démontré une spécificité remarquable envers les CAFs exprimant FAP et une imagerie stable in vitro et in vivo. En particulier, les performances TBR ont été supérieures dans le domaine NIR-II par rapport au NIR-I.

  2. Imagerie fonctionnelle détectant les comportements biologiques
    La sonde a permis d’identifier précisément les zones riches en CAFs, notamment à la périphérie tumorale et dans les régions adjacentes aux flux sanguins, qui sont des secteurs à risque élevé de métastases.

  3. Fiabilité dans un contexte de fibrose hépatique
    L’imagerie a conservé des signaux stables et efficaces, indépendamment de la présence ou non de fibrose hépatique.

Importance de l’étude

Cette méthode innovante d’imagerie ciblée dépasse les limites des approches conventionnelles centrées sur les cellules tumorales parenchymateuses. En ciblant les CAFs, une composante stable et moins hétérogène, la sonde ICG-FAP-TATA fournit non seulement un outil précis pour visualiser les lésions HCC, mais elle dévoile également des zones à haut risque de propagation tumorale. Ces propriétés présentent un potentiel certain pour guider les décisions chirurgicales, évaluer le risque métastatique et comprendre davantage le comportement biologique des tumeurs.

Conçue pour une excellente capacité de traduction clinique, cette sonde est prometteuse pour optimiser les traitements chirurgicaux et compléter la recherche sur les mécanismes biologiques complexes du HCC.