Les chercheurs développent de nouvelles méthodes d’immunothérapie pour traiter le cancer en utilisant des cytokines pour stimuler le système immunitaire directement au sein des tumeurs, réduisant ainsi les effets secondaires et améliorant l’efficacité du traitement. Cette approche innovante, combinant ingénierie et science des matériaux, vise à créer des thérapies anticancéreuses plus sûres et plus ciblées qui minimisent les dommages causés aux cellules saines. Crédit : Issues.fr.com
Des chercheurs du College of Engineering de Virginia Tech ont développé une nouvelle immunothérapie anticancéreuse pour localiser les cytokines anticancéreuses dans les tumeurs afin d'améliorer l'efficacité du traitement.
Le cancer est le monstre de notre société. Rien que l'année dernière, plus de 600 000 personnes sont mortes du cancer aux États-Unis, selon l'American Cancer Society. La recherche incessante de la compréhension de cette maladie complexe a façonné les progrès médicaux dans le développement de procédures de traitement moins invasives tout en restant très efficaces.
L’immunothérapie est de plus en plus une solution possible. L'immunothérapie consiste à exploiter la puissance du système immunitaire de l'organisme pour lutter contre les cellules cancéreuses. Des chercheurs du College of Engineering ont trouvé un moyen de transformer une procédure de traitement en une pratique révolutionnaire.
Avancées de la recherche en immunothérapie
Rong Tong, professeur agrégé en génie chimique, s'est associé à Wenjun « Rebecca » Cai, professeur agrégé en science et ingénierie des matériaux, pour explorer un traitement d'immunothérapie anticancéreuse qui intéresse depuis longtemps les chercheurs. Dans leur article récemment publié dans la revue Avancées scientifiques, Tong et Cai ont détaillé leur approche, qui consiste à activer les cellules immunitaires du corps et à les reprogrammer pour attaquer et détruire les cellules cancéreuses. Cette méthode thérapeutique est fréquemment mise en œuvre avec la protéine cytokine. Les cytokines sont de petites molécules protéiques qui agissent comme messagers biochimiques intercellulaires et sont libérées par les cellules immunitaires de l'organisme pour coordonner leur réponse.
« Les cytokines sont puissantes et très efficaces pour stimuler les cellules immunitaires afin d'éliminer les cellules cancéreuses », a déclaré Tong. « Le problème est qu'ils sont si puissants que s'ils se déplacent librement dans tout le corps, ils activeront toutes les cellules immunitaires qu'ils rencontrent, ce qui peut provoquer une réponse immunitaire hyperactive et des effets secondaires potentiellement mortels. »
(Debout, de gauche à droite) Rong Tong, professeur agrégé en génie chimique ; Wenjun « Rebecca » Cai, professeur agrégé en science et ingénierie des matériaux ; Eungyo Jang ; et Ziyu Huo se rassemblent autour de Liqian Niu (assis), qui travaille avec un appareil Luminex 200 utilisé pour analyser les niveaux de cytokines tumorales. Crédit : Hailey Wade pour Virginia Tech
Tong et Cai, en collaboration avec des étudiants diplômés en génie chimique et en science des matériaux et en génie, ont développé une approche innovante pour utiliser les protéines cytokines comme traitement potentiel d'immunothérapie. Contrairement aux méthodes précédentes, leur technique garantit que les cytokines stimulant les cellules immunitaires se localisent efficacement dans les tumeurs pendant des semaines tout en préservant la structure et les niveaux de réactivité des cytokines.
Combiner nos forces pour éliminer les cellules cancéreuses
Les traitements actuels contre le cancer, comme la chimiothérapie, ne permettent pas de faire la distinction entre les cellules saines et les cellules cancéreuses. Lorsqu’une personne atteinte d’un cancer est traitée par chimiothérapie, le traitement attaque toutes les cellules de son corps, ce qui peut entraîner des effets secondaires tels que la perte de cheveux et la fatigue. Stimuler le système immunitaire du corps pour attaquer les tumeurs est une alternative prometteuse pour traiter le cancer. L’administration de cytokines peut relancer les cellules immunitaires de la tumeur, mais une stimulation excessive des cellules saines peut provoquer de graves effets secondaires.
« Les scientifiques ont déterminé il y a quelque temps que les cytokines pouvaient être utilisées pour activer et combattre les tumeurs, mais ils ne savaient pas comment les localiser à l'intérieur de la tumeur tout en n'exposant pas de toxicité au reste du corps », a déclaré Tong. « Les ingénieurs chimistes peuvent examiner cela d'un point de vue technique et utiliser leurs connaissances pour aider à affiner et à accroître l'efficacité des cytokines afin qu'elles puissent agir efficacement à l'intérieur du corps. »
L'objectif de l'équipe de recherche est de trouver un équilibre entre la destruction des cellules cancéreuses dans le corps tout en épargnant les cellules saines.
Pour atteindre cet objectif, Tong et ses étudiants ont utilisé leur expertise pour créer des particules spécialisées de tailles distinctes qui aident à déterminer où va le médicament. Ces microparticules sont conçues pour rester dans l’environnement tumoral après avoir été injectées dans l’organisme. Cai et ses étudiants ont travaillé sur la mesure des propriétés de surface de ces particules.
« Dans le domaine de la science et de l'ingénierie des matériaux, nous étudions la chimie de surface et le comportement mécanique des matériaux, tels que les particules spécialisées créées pour ce projet », a déclaré Cai. « L’ingénierie et la caractérisation des surfaces, ainsi que la taille des particules, jouent un rôle important dans l’administration contrôlée des médicaments, garantissant une présence prolongée du médicament et une efficacité thérapeutique soutenue. »
Pour garantir le succès de l'administration de médicaments, Tong et ses étudiants en génie chimique ont conçu une nouvelle stratégie qui :
- Ancre les cytokines à ces nouvelles microparticules, limitant ainsi les dommages causés par les cytokines aux cellules saines
- Permet aux cytokines nouvellement ancrées dans les particules de relancer le système immunitaire et de recruter des cellules immunitaires pour attaquer les cellules cancéreuses
« Notre stratégie minimise non seulement les dommages induits par les cytokines sur les cellules saines, mais prolonge également la rétention des cytokines dans la tumeur », a déclaré Tong. « Cela contribue à faciliter le recrutement de cellules immunitaires pour une attaque tumorale ciblée. »
La prochaine étape du processus consiste à combiner la nouvelle méthode de thérapie par cytokines localisée avec des anticorps de blocage des points de contrôle disponibles dans le commerce et approuvés par la Food and Drug Administration (FDA), qui réactivent les cellules immunitaires tumorales qui ont été inhibées afin qu'elles puissent combattre les cellules cancéreuses. .
« Lorsqu'il y a une tumeur à l'intérieur du corps, les cellules immunitaires du corps sont désactivées par les cellules cancéreuses », a expliqué Tong. « L’anticorps bloquant les points de contrôle approuvé par la FDA aide à « lever les freins » que les tumeurs imposent aux cellules immunitaires, tandis que les molécules de cytokines « marchent sur le gaz » pour relancer le système immunitaire et former une armée de cellules immunitaires pour combattre les cellules cancéreuses. Ces deux approches fonctionnent ensemble pour activer les cellules immunitaires.
La combinaison des anticorps de point de contrôle avec la cytokine ancrée dans des particules s'est avérée efficace pour éliminer de nombreuses tumeurs dans leur étude.
Ingénierie et impact sur le traitement du cancer
Les membres de l’équipe espèrent que leur impact sur le traitement par immunothérapie s’inscrit dans un mouvement plus large vers des approches de traitement du cancer inoffensives pour les cellules saines. La nouvelle approche consistant à attacher des cytokines à des particules pourrait également être utilisée à l'avenir pour administrer d'autres types de médicaments immunostimulateurs, selon l'équipe.
« Les chercheurs sont toujours à la recherche de traitements contre le cancer plus sûrs et plus efficaces », a déclaré Tong. « Cette motivation est ce qui nous pousse à développer de nouvelles technologies dans le domaine. L’ensemble des médicaments utilisés pour relancer le système immunitaire afin de combattre les cellules cancéreuses n’ont pas encore abouti. Notre objectif est de créer de nouvelles solutions permettant aux chercheurs de tester ces médicaments avec des traitements existants approuvés par la FDA, garantissant à la fois la sécurité et une efficacité accrue.
Cai a déclaré que la nature de la recherche sur le traitement du cancer nécessite une expertise dans toutes les disciplines de l'ingénierie.
« Je considère ce projet comme un mariage parfait entre le génie chimique et la science des matériaux », a déclaré Cai. «Le premier se concentre sur la partie synthèse et administration de médicaments, le second sur l'application de la caractérisation avancée des matériaux. Cette collaboration accélère non seulement la recherche en immunothérapie, mais a également la capacité de transformer le traitement du cancer.
