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Multimodal nanoparticles for structural and functional tracking of stem cell therapy on muscle regeneration

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Imagerie en temps réel des cellules transplantées pour un traitement amélioré

La transplantation cellulaire est apparue comme une approche prometteuse pour le traitement des maladies. Le projet nTRACK permet de suivre, de manière non invasive, le devenir et la fonction des cellules injectées.

Santé

La thérapie cellulaire suppose l’administration de cellules autologues ou allogéniques, de cellules souches à des fins de régénération ou de cellules différenciées telles que les cellules immunitaires pour l’immunothérapie. Quel que soit le type de cellule ou la voie d’administration, il est indéniable que des progrès considérables ont été accomplis au fil des ans. Il n’est cependant pas possible de surveiller la fonction et le devenir des cellules transplantées. Les résultats de la thérapie cellulaire dépendent plutôt de l’évaluation de mesures physiopathologiques, ce qui rend difficile l’optimisation des paramètres de la thérapie cellulaire destinée à améliorer les résultats cliniques.

Marquage des cellules transplantées avec des nanoparticules d’or

Le projet nTRACK, financé par l’UE, a proposé une approche plus directe pour le suivi en temps réel des cellules transplantées. Son objectif principal était de surveiller la biodistribution et la viabilité des cellules d’une manière sûre, non invasive et sensible. Marc Masa, coordinateur du projet, explique: «L’idée était de marquer les cellules transplantées avec des nanoparticules qui permettraient leur suivi à long terme grâce à l’imagerie clinique.» Les chercheurs ont mis au point deux types de nanoparticules: des nanoparticules à base d’or et des nanoparticules cœur-coquille fer-or. Les premières ont été entièrement caractérisées en termes de toxicité et de devenir intracellulaire, et leur production peut être augmentée dans des conditions de bonnes pratiques de fabrication. Les nanoparticules cœur-coquille fer-or ont été étudiées au stade de développement préclinique. L’étude des mécanismes d’absorption et d’excrétion cellulaires sous-jacents a permis de constater que les nanoparticules nTRACK s’accumulaient dans les endosomes et les lysosomes. Les études ont démontré que les cellules marquées à l’aide de nanoparticules étaient détectables par tomodensitométrie (TDM) jusqu’à 24 jours après injection. Une étude de preuve de concept a utilisé des cellules souches marquées à l’aide de nanoparticules pour suivre leur devenir en temps réel chez un modèle animal de régénération musculaire.

Un modèle prédictif d’évaluation de l’efficacité du traitement

L’analyse de la migration et de la biodistribution des cellules souches injectées a également permis de prédire la guérison à la suite d’une lésion musculaire jusqu’à 14 jours après la thérapie cellulaire par cellules souches. Les chercheurs ont intégré des caractéristiques radiomiques extraites de données précliniques de TDM dans une base de données qui a été utilisée pour former des algorithmes d’apprentissage automatique par régression. L’incorporation de nanoparticules d’or dans le tissu d’intérêt fixe de nouvelles normes pour l’étude de différents paramètres de protocoles d’imagerie multimodale. Le consortium a réalisé un important travail de recherche pour évaluer la concentration d’or et son incidence sur les protocoles d’imagerie et de dosimétrie. «Des modèles informatiques de souris et de rat ont tout d’abord été utilisés pour normaliser la méthodologie, en validant nos résultats simulés avec des résultats expérimentaux», explique Marc Masa. «Ensuite, un modèle 3D de mouton voxélisé a été créé pour étendre ces simulations d’imagerie et de dosimétrie à des animaux plus grands.» Afin de transposer ces protocoles dans le milieu clinique, les chercheurs ont intégré des modèles anthropométriques qui leur ont permis de déterminer les niveaux de détection minimum des nanoparticules d’or.

Questions et perspectives

nTRACK a mis au point une technologie inédite d’imagerie des cellules souches qui exige un nouveau cadre réglementaire et de nouvelles lignes directrices. Les informations générées peuvent servir de tremplin aux futurs travaux de recherche et au développement des nanoparticules nTRACK. Le consortium poursuivra ses travaux sur le cadre réglementaire, et entend définir plus avant cette technologie et la rendre accessible à tout autre groupe de recherche du domaine. Son ambition est que la technologie nTRACK soit utilisée dans tous les types de thérapie, à base de cellules souches ou cellulaire, pour lesquelles l’imagerie et le suivi des cellules représentent toujours un défi.

Mots‑clés

nTRACK, imagerie, cellules transplantées, cellules souches, thérapie cellulaire, nanoparticules d’or, tomodensitométrie, apprentissage automatique

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