Des ingénieurs et des médecins de l'université Cornell ont découvert que des nanoparticules de silice ultrafines peuvent rendre les tumeurs « froides » « chaudes », améliorant ainsi l'efficacité de l'immunothérapie dans les cancers difficiles à traiter. Cette découverte pourrait ouvrir de nouvelles perspectives pour le traitement du mélanome et d'autres tumeurs solides.
De minuscules particules initialement conçues pour révéler les cancers lors d'un scanner montrent désormais qu'elles peuvent aider le système immunitaire à combattre ces tumeurs de l'intérieur.
Une équipe dirigée par Cornell a découvert que des nanoparticules de silice ultra-petites, appelées Cornell prime dots ou C'dots, peuvent reprogrammer l'environnement autour des tumeurs du mélanome et augmenter considérablement l'efficacité de l'immunothérapie contre le cancer dans des modèles murins.
Les recherches, menées par Michelle Bradbury de Weill Cornell Medicine et l'ingénieur Ulrich Wiesner de Cornell Engineering, sont publié dans la revue Nature Nanotechnology.
Les C'dots sont des nanoparticules de silice fluorescentes à structure cœur-coquille, déjà testées lors d'essais cliniques chez l'humain comme outils d'imagerie et vecteurs de médicaments. La nouvelle étude révèle un phénomène inattendu : ces particules agissent comme de puissants agents anticancéreux, même sans transporter de médicament.
« C’est une découverte très surprenante », a déclaré Wiesner, professeur titulaire de la chaire Spencer T. Olin d’ingénierie au sein du département de science et génie des matériaux, dont le laboratoire a initialement développé les C’dots, dans un communiqué de presse. « Les C’dots, à eux seuls – sans aucune entité pharmaceutique à leur surface – induisent toute une gamme d’effets antitumoraux dans le microenvironnement tumoral de modèles de mélanome, effets qui, pour une partie, sont totalement inattendus. »
Le microenvironnement tumoral (MET) est l'ensemble complexe de cellules cancéreuses, de cellules immunitaires, de vaisseaux sanguins et de tissus de soutien qui entoure une tumeur. Dans de nombreux cancers solides agressifs, cet environnement est hostile au système immunitaire et résiste aux immunothérapies modernes, qui consistent à stimuler les défenses naturelles de l'organisme contre le cancer.
Le mélanome, tout comme les cancers de la prostate, du sein et du côlon, crée souvent ce que les chercheurs appellent des tumeurs « froides ». Ces tumeurs ne déclenchent pas de forte réponse immunitaire et sont souvent réfractaires à l'immunothérapie.
Dans cette nouvelle étude, l'équipe de Cornell a utilisé des modèles de mélanome agressifs et résistants à l'immunothérapie pour tester les effets de l'introduction de points quantiques de carbone (C'dots) dans ce microenvironnement immunosuppresseur. Ils ont constaté que ces nanoparticules activent simultanément plusieurs processus antitumoraux.
Ces particules ont stimulé les réponses immunitaires innées en activant les récepteurs de reconnaissance de motifs, les capteurs cellulaires qui détectent les signaux de danger. Elles ont induit un arrêt du cycle cellulaire des cellules cancéreuses, ralentissant ou stoppant leur multiplication. Elles ont réduit l'immunosuppression dans le microenvironnement tumoral et reprogrammé des cellules immunitaires clés, notamment les lymphocytes T et les macrophages, afin qu'elles attaquent le cancer plus efficacement.
Cela change la façon dont les scientifiques envisagent le rôle de ces nanoparticules, selon Bradbury, professeur titulaire de la chaire de recherche en imagerie radiologique et professeur de radiologie à Weill Cornell Medicine.
« Cette plateforme ne se contente pas d'être un vecteur passif ; ces nanoparticules sont des agents thérapeutiques intrinsèquement actifs », a-t-elle déclaré dans le communiqué de presse. « Au lieu de cibler une seule voie, ces particules activent simultanément de multiples mécanismes, d'une manière que les thérapies conventionnelles peinent à reproduire. »
En agissant simultanément sur plusieurs leviers, C'dots a transformé des tumeurs « froides » en tumeurs « chaudes », créant un environnement inflammatoire et immunoactif qui a rendu les cancers beaucoup plus vulnérables au traitement.
Pour évaluer l'impact potentiel de cette approche sur l'efficacité du traitement, les chercheurs ont combiné les points quantiques de carbone (C'dots) à une stratégie d'immunothérapie double ciblant à la fois un point de contrôle immunitaire et une cytokine, une molécule de signalisation impliquée dans la régulation des réponses immunitaires. Chez des souris modèles, les animaux ayant reçu cette combinaison ont survécu significativement plus longtemps que ceux traités par immunothérapie seule.
Les deux approches ont fonctionné de concert : les nanoparticules ont remodelé le paysage immunitaire à l'intérieur de la tumeur, et les immunothérapies ont ensuite porté un coup beaucoup plus puissant.
« De nombreuses tumeurs agressives résistent aux immunothérapies seules », a ajouté Bradbury. « Ces nanoparticules atténuent les activités inhibitrices au sein du microenvironnement tumoral, ce qui freine la croissance tumorale et limite la résistance. »
Bien que l'étude ait porté sur le mélanome, l'équipe a observé des effets immuno-activateurs similaires des points quantiques de carbone (C'dots) dans d'autres modèles de tumeurs solides, notamment les cancers de la prostate et de l'ovaire. Cela laisse entrevoir un large potentiel d'applications si cette approche s'avère sûre et efficace lors d'essais complémentaires.
Ces découvertes soulèvent également des questions intrigantes quant aux raisons pour lesquelles la silice, un minéral courant, aurait des effets aussi variés sur le système immunitaire.
Wiesner a souligné la longue histoire évolutive des organismes interagissant avec de minuscules particules de silice.
« Dès les premiers stades de l’évolution, les organismes biologiques ont été exposés à la silice nanoparticulaire à l’intérieur de leur organisme, notamment par l’ingestion d’aliments comme les herbes et les algues », a-t-il déclaré.
Lui et ses collègues explorent une hypothèse qui relie cette exposition à long terme à la capacité du corps à maintenir son équilibre, ou homéostasie, même face à des maladies comme le cancer.
« L’hypothèse est que le cancer perturbe l’équilibre de l’organisme, l’éloignant de l’homéostasie. Mais la silice exerce une résistance, et la raison pour laquelle ce phénomène est multifactoriel est que, sur des millions d’années, les organismes ont développé divers mécanismes grâce auxquels la silice peut fondamentalement maintenir l’homéostasie », a ajouté Wiesner.
Cette idée reste encore hypothétique et de nombreux travaux sont nécessaires avant que les points quantiques de carbone (C'dots) ne deviennent une composante courante des soins contre le cancer. Les résultats actuels proviennent de modèles animaux et les chercheurs devront mieux comprendre les mécanismes impliqués, affiner les stratégies de dosage et d'administration, et tester l'innocuité et l'efficacité chez l'humain.
L'équipe collabore désormais avec des chercheurs en sciences nutritionnelles de Cornell pour étudier les aspects évolutifs et alimentaires de l'exposition à la silice, tout en explorant comment les points quantiques de carbone pourraient être utilisés contre un plus large éventail de tumeurs solides.
Si les études futures sont concluantes, le même type de nanoparticules qui a permis aux médecins de mieux visualiser les tumeurs pourrait un jour aider le système immunitaire des patients à les détruire, offrant ainsi une nouvelle façon de lutter contre les cancers qui résistent depuis longtemps aux traitements.
Source: L'Université Cornell