Les polymères auto-repliants contenant du gadolinium formant des complexes nanométriques pourraient être la clé d’une imagerie par résonance magnétique améliorée et de l’administration de médicaments de nouvelle génération, comme l’ont démontré les scientifiques de Tokyo Tech. Grâce à leur petite taille, leur faible toxicité et leur bonne accumulation et pénétration tumorale, ces complexes représentent un bond en avant dans le domaine des agents de contraste pour le diagnostic du cancer, ainsi que pour la radiothérapie par capture de neutrons.
L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil de diagnostic crucial pour le cancer, permettant la capture d’images détaillées des tissus mous. Pour visualiser les tumeurs plus clairement sur les IRM, les médecins injectent généralement aux patients des produits de contraste. Ces composés affectent la manière dont les ions hydrogène proches réagissent aux impulsions radiofréquence utilisées en IRM. Idéalement, les agents de contraste devraient s’accumuler sélectivement dans les tumeurs et augmenter leur contraste lors de l’IRM.
Cependant, malgré de nombreux efforts de recherche, les agents de contraste classiques à base de gadolinium (Gd) atteignent leurs limites de performance. En termes simples, atteindre une dose optimale dans la distribution des chélates de Gd dans les tumeurs, les tissus sains et le sang s’est avéré difficile sans recourir à des doses excessives de Gd.
Dans ce contexte, une étude collaborative menée par une équipe de recherche de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), des Instituts nationaux des sciences et technologies quantiques (QST) et du Centre d’innovation en nanomédecine (iCONM), dirigée par le professeur agrégé Yutaka Miura de Tokyo Tech, développé avec succès un nouvel agent nano-contraste (NCA) aux performances exceptionnelles grâce à une conception moléculaire innovante. Leurs conclusions ont été publiées dans le Science avancée le 29 novembre.
Le NCA proposé est basé sur l’utilisation du Gd comme agent de contraste dans ce que les chercheurs ont appelé un « support de médicament macromoléculaire auto-repliable (SMDC) ». Ils ont incorporé des chélates contenant du Gd cliniquement approuvés dans une chaîne polymère composée de poly(éthylène glycol) acrylate d’éther méthylique (PEGA) et d’acrylate de benzyle (BZA). Étant donné que le polymère contenait à la fois des segments hydrophiles et hydrophobes, il se repliait rapidement en forme de petite capsule lorsqu’il était immergé dans l’eau, avec les segments hydrophobes au cœur et les segments hydrophiles au niveau de l’enveloppe externe.
Grâce à cette approche, les chercheurs pourraient produire des molécules SMDC-Gds d’un diamètre inférieur à 10 nanomètres. Grâce à des expériences sur des souris atteintes d’un cancer du côlon, ils ont vérifié que ces NCA non seulement s’accumulaient mieux dans les tumeurs, mais qu’ils étaient également rapidement éliminés de la circulation sanguine, conduisant à des performances améliorées de l’IRM sans effets toxiques.
« L’accumulation élevée dans la tumeur et le profil de clairance sanguine rapide du SMDC-Gds permettent d’augmenter les taux d’accumulation tumeur/organe majeur ainsi que de minimiser les dépôts inutiles de Gds », explique le professeur Miura.
L’équipe a également démontré un nouvel effet qui place les SMDC-Gds devant les Gd-chélates existants. Idéalement, le mouvement des ions Gd devrait être minimal afin que leur influence sur les ions hydrogène proches soit constante et prolongée. Dans la conception moléculaire proposée, la structure noyau/coquille crée un environnement moléculaire « encombré » qui supprime non seulement la rotation, mais également les mouvements segmentaires et internes des ions Gd.
L’effet résultant est un contraste plus fort dans les images IRM, ce qui permettra d’utiliser des éléments alternatifs avec des profils plus sûrs non seulement pour les patients mais aussi pour l’environnement à l’avenir.
Il convient de souligner que les applications du SMDC-Gds s’étendent au-delà de l’IRM. Ces composés peuvent être utilisés dans la thérapie par capture de neutrons (NCT), une technique de radiothérapie ciblée prometteuse dans laquelle les Gds capturent des neutrons et libèrent un rayonnement de haute énergie, tuant les cellules cancéreuses voisines.
Des expériences chez la souris ont révélé que la NCT suite à une injection répétée de SMDC-Gd entraînait une croissance tumorale considérablement supprimée. L’équipe pense que la raison en est l’accumulation sélective et la pénétration profonde du SMDC-Gds dans les tissus tumoraux.
Collectivement, les efforts de collaboration des chercheurs pour parvenir à ces résultats soulignent le potentiel des SMDC non seulement pour de meilleurs diagnostics IRM, mais également en tant qu’outils efficaces pour traiter le cancer et d’autres maladies.
« Cette étude présente d’autres possibilités d’exploitation de l’administration de médicaments à l’aide de diverses cargaisons thérapeutiques, et nous étudions actuellement le développement de tels systèmes SMDC », conclut le professeur Miura.
Plus d’information:
Shan Gao et al, transporteur de médicaments macromoléculaires auto-pliables pour l’imagerie et la thérapie du cancer, Science avancée (2023). DOI : 10.1002/advs.202304171