Grâce à une nouvelle technologie développée au MIT, diagnostiquer le cancer du poumon pourrait devenir aussi simple que d’inhaler des capteurs de nanoparticules, puis d’effectuer un test d’urine pour révéler si une tumeur est présente.
Ainsi, selon l’étude publiée aujourd’hui dans la revue « Science Advances », le nouveau diagnostic repose dans des nanocapteurs pouvant être administrés via un inhalateur ou un nébuliseur.
Si les capteurs détectent des protéines liées au cancer dans les poumons, ils produisent un signal qui s’accumule dans les poumons. l’urine, où elle peut être détectée avec une simple bandelette de test en papier.
Cette approche pourrait potentiellement remplacer ou compléter la référence actuelle en matière de diagnostic du cancer du poumon : la tomodensitométrie à faible dose (LDCT).
Selon les chercheurs, cela pourrait avoir un impact particulièrement significatif dans les pays à revenu faible ou intermédiaire qui ne disposent pas d’un accès généralisé aux tomodensitomètres.
« Le cancer deviendra de plus en plus courant dans les pays à revenu faible ou intermédiaire. « Le cancer du poumon à l’échelle mondiale est provoqué par la pollution et le tabagisme, et dans ces endroits, l’accessibilité à ce type de technologie pourrait avoir un impact important », déclare Sangeeta Bhatia, professeur John et Dorothy Wilson de sciences et technologies de la santé et de génie électrique et informatique à MIT, et membre de l’Institut Koch pour la recherche intégrative sur le cancer du MIT et de l’Institut d’ingénierie et des sciences médicales, ainsi que auteur principal de l’étude avec Qian Zhong, chercheur scientifique au MIT, et Edward Tan.
Nanoparticules
Les nanoparticules sont de plus en plus utilisées dans la conception de tests de dépistage de maladies en raison de leur capacité à interagir spécifiquement avec des biomolécules, telles que les protéines et les acides nucléiques, présentes dans le sang et d’autres fluides corporels.
Pour aider à diagnostiquer le cancer du poumon le plus tôt possible, le groupe de travail américain sur les services de prévention recommande aux gros fumeurs de plus de 50 ans ou ayant arrêté leur dépendance au cours des 15 dernières années de subir un scanner annuel. Cependant, toutes les personnes de ce groupe cible ne reçoivent pas ces analyses, et le taux élevé de faux positifs peut conduire à des tests invasifs inutiles.
En Espagne, bien que le cancer du poumon provoque plus de décès que le cancer du sein et le cancer colorectal réunis, les tumeurs pour lesquelles il existe des programmes de détection, le ministère de La santé n’a toujours pas mis en place le dépistage.
Et ce malgré le fait qu’aujourd’hui 70 % des cas sont diagnostiqués à un stade avancé (lorsque ce cancer présente des symptômes, il est généralement trop tard pour le guérir) et 30 % aux phases I et II. Avec un scanner thoracique de rayonnement à faible dose, les données pourraient être inversées et 70 % des patients pourraient être diagnostiqués en phase I et II.
Bhatia a passé la dernière décennie à développer des nanocapteurs destinés au diagnostic du cancer et d’autres maladies. Dans cette étude, elle et ses collègues ont exploré la possibilité de les utiliser comme alternative plus accessible à la détection du cancer du poumon par tomodensitométrie.
Ces capteurs sont constitués de nanoparticules polymères recouvertes d’un rapporteur, tel qu’un code-barres d’ADN, qui se sépare de la particule lorsque le capteur rencontre des enzymes appelées protéases, qui sont souvent hyperactives dans les tumeurs. Ces capteurs finissent par s’accumuler dans l’urine et sont excrétés par l’organisme.
Les versions précédentes des capteurs, qui ciblaient d’autres sites de cancer tels que le foie et les ovaires, étaient conçues pour être administrées par voie intraveineuse. Pour le diagnostic du cancer du poumon, les chercheurs souhaitaient créer une version pouvant être inhalée, ce qui pourrait faciliter sa mise en œuvre dans les contextes à faibles ressources.
Pour y parvenir, les chercheurs ont créé deux formulations de leurs particules : une solution qui peut être aérosolisée et administrée avec un nébuliseur, et une poudre sèche qui peut être administrée par un inhalateur.
Une fois que les particules atteignent les poumons, elles sont absorbées dans les tissus, où elles rencontrent les protéases éventuellement présentes. Les cellules humaines peuvent exprimer des centaines de protéases différentes, et certaines d’entre elles sont hyperactives dans les tumeurs, où elles aident les cellules cancéreuses à s’échapper de leur emplacement d’origine en clivant les protéines de la matrice extracellulaire.
Ces protéases cancéreuses coupent les codes-barres ADN des capteurs, permettant ainsi à ces biomarqueurs de circuler dans la circulation sanguine jusqu’à leur excrétion dans les urines.
Dans les versions précédentes de cette technologie, les chercheurs utilisaient la spectrométrie de masse pour analyser l’échantillon d’urine et détecter les codes-barres ADN. Cependant, la spectrométrie de masse nécessite un équipement qui pourrait ne pas être disponible dans les zones à faibles ressources. Pour cette version, les chercheurs ont donc créé un test à flux latéral, qui permet de détecter les codes-barres à l’aide d’une bandelette de test en papier.
Les chercheurs ont conçu la bandelette pour détecter jusqu’à quatre codes-barres ADN différents, dont chacun indique la présence d’une protéase différente.
Aucun prétraitement ou traitement de l’échantillon d’urine n’est requis et les résultats peuvent être lus environ 20 minutes plus tard pour obtenir l’échantillon.
Diagnostic précis
Les chercheurs ont testé leur système de diagnostic sur des souris génétiquement modifiées pour développer des tumeurs pulmonaires similaires à celles observées chez l’homme. Les capteurs ont été administrés 7,5 semaines après le début de la formation des tumeurs, une période qui serait probablement en corrélation avec un cancer de stade I ou II chez l’homme.
Dans leur première série d’expériences sur des souris, les chercheurs ont mesuré les niveaux de 20 capteurs différents conçus pour détecter différentes protéases. En utilisant un algorithme d’apprentissage automatique pour analyser ces résultats, les chercheurs ont identifié une combinaison de seulement quatre capteurs censés donner des résultats de diagnostic précis. Ils ont ensuite testé cette combinaison sur un modèle murin et ont découvert qu’elle pouvait détecter avec précision les tumeurs pulmonaires à un stade précoce.
Pour une utilisation chez l’homme, davantage de capteurs pourraient être nécessaires pour établir un diagnostic précis, mais cela pourrait être réalisé en utilisant plusieurs bandes de papier, chacune détectant quatre codes-barres ADN différents, affirment les chercheurs.
Les ingénieurs prévoient désormais d’analyser des échantillons de biopsies humaines pour voir si les panneaux de capteurs qu’ils utilisent fonctionneraient également pour détecter les cancers humains.
À plus long terme, ils espèrent mener des essais cliniques sur des patients humains. Une société appelée Sunbird Bio a déjà mené des essais de phase I avec un capteur similaire développé par le laboratoire de Bhatia, destiné à diagnostiquer le cancer du foie et une forme d’hépatite connue sous le nom de stéatohépatite non alcoolique (NASH).
