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Getting new insights into the radio-sensitization effects of nanoparticles in photon and charged particle therapy

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Améliorer les résultats de la radiothérapie grâce aux nanoparticules

Près de 50 % des patients atteints d’un cancer reçoivent une radiothérapie à un moment donné, ce qui en fait l’une des modalités non chirurgicales les plus importantes dans le traitement du cancer. De récents développements dans la radiothérapie associent les nanoparticules afin d’améliorer les résultats du traitement dans des maladies ayant un pronostic défavorable, comme les gliomes.

Santé

Bien que les avancées technologiques dans le domaine de la radiothérapie aient réduit le risque de complications des tissus normaux, le traitement des tumeurs résistantes à la radiothérapie représente toujours un défi. Au cours des dix dernières années, des scientifiques ont rapporté une meilleure efficacité de la radiothérapie grâce à l’utilisation de nanoparticules. En plus d’un impact physique (amélioration de la dose), les nanoparticules pourraient interagir avec des macromolécules biologiques essentielles, entraînant des modifications biochimiques dans les cellules et un effet accru du processus de rayonnements. Toutefois, les mécanismes sous-jacents ne sont pas encore tout à fait compris.

Un aperçu de l’impact biochimique des nanoparticules

Entrepris avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie, le projet NANOCANCER entendait examiner les mécanismes par lesquels les nanoparticules sensibilisent les cellules cancéreuses à la radiothérapie. La taille des nanoparticules varie de 1 à 100 nm, elles s’accumulent de préférence dans la tumeur plutôt que dans d’autres parties du corps, soit par un ciblage actif soit par un phénomène connu sous le nom d’effet de perméabilité et de rétention améliorées. Elles atteignent un taux élevé de pénétration des cellules cancéreuses et entraînent moins d’effets secondaires sur les cellules normales par rapport aux radiosensibilisateurs conventionnels. Afin de comprendre les dommages cellulaires induits par les nanoparticules au niveau moléculaire, les partenaires ont employé la microspectroscopie infrarouge à transformée de Fourier basée sur le rayonnement synchrotron (SR-FTIRM) en tant qu’outil bioanalytique. Cette technique vibratoire permet d’identifier la composition chimique et la structure des molécules biologiques en utilisant une lumière infrarouge. Les chercheurs ont irradié les cellules du gliome qui contenaient des nanoparticules de gadolinium et d’or avec plusieurs types de faisceaux ioniques médicaux comme des photons, des protons et des ions plus lourds. Grâce à une analyse des principaux composants, ils ont examiné les différences en termes de composition cellulaire. «Notre objectif consistait à identifier l’impact biochimique des approches de radiothérapie à base de nanoparticules sur les principales biomolécules des cellules comme l’ADN, les lipides et les protéines», explique Imma Martínez-Rovira, titulaire d’une bourse Marie Skłodowska-Curie. Les chercheurs ont découvert que les nanoparticules induisaient des modifications essentielles à la structure propre des protéines cellulaires, tout en affectant également la structure et la longueur de la chaîne de différents lipides. En ce qui concerne l’ADN, les nanoparticules ont causé un certain nombre de changements au niveau de la structure et de la conformation et ont augmenté les lésions de l’ADN. Ensemble, ces changements moléculaires induits par les nanoparticules ont entraîné une meilleure production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) et une réponse aux lésions de l’ADN. En outre, les effets de sensibilisation de la radiothérapie et des nanoparticules étaient spécifiques à chaque type et dépendaient du type de cellule et de la configuration de l’irradiation.

L’importance de NANOCANCER et les perspectives d’avenir

Les découvertes de NANOCANCER sur les changements biochimiques induits par les nanoparticules ont permis de faire la lumière sur un processus mal compris. De plus, elles ont ouvert la voie à l’amélioration de l’indice thérapeutique de la radiothérapie et à l’augmentation du nombre de cellules tumorales éliminées. Ce point est intéressant notamment pour le traitement de maladies ayant un pronostic défavorable, comme le cancer radiorésistant. «Surveiller les changements biochimiques dus aux nanoparticules représente une tâche complexe qui nécessite l’examen d’un large éventail de processus; c’est pourquoi il est nécessaire de mener d’autres recherches expérimentales», conclut Ibraheem Yousef, superviseur du projet Marie. Néanmoins, le projet a souligné l’importance de la technique SR-FTIRM pour évaluer les réponses cellulaires aux approches innovantes de radiothérapie. Dans l’ensemble, l’approche pluridisciplinaire de NANOCANCER, adoptée avec des partenaires universitaires et cliniques, a permis de développer les connaissances dans différents domaines, ce qui est essentiel pour améliorer notre compréhension du cancer, ainsi que pour développer des approches innovantes pour le traitement et la gestion de la maladie. Face au nombre de personnes qui subissent une radiothérapie ainsi qu’au coût socio-économique qui en découle, de meilleurs traitements anticancéreux sont attendus depuis longtemps.

Mots‑clés

NANOCANCER, radiothérapie, nanoparticules, gliome, ADN, lipide, protéine

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