Cristina Zavaleta, professeur adjoint au département de génie biomédical de l'USC Viterbi à Los Angeles, vient de développer de nouveaux agents de contraste d'imagerie avec son équipe en utilisant des colorants courants tels que l'encre de tatouage et le colorant alimentaire. Lorsque ces colorants sont attachés à des nanoparticules, ils peuvent éclairer les tumeurs, permettant ainsi aux professionnels de la santé de mieux différencier les cellules tumorales des cellules normalement adjacentes et de détecter le cancer. Les travaux ont été publiés dans Biomaterials Science.
L'importance du diagnostic
La diagnostic tôt est essentiel pour que les patients obtiennent les meilleurs résultats possibles du cancer; une maladie qui affectera plus de 38% des Américains à un moment de leur vie.
Cependant, la détection est difficile sans de bons agents d'imagerie; des matériaux de contraste qui, lorsqu'ils sont injectés à des patients, permettent aux images telles que l'IRM et la tomodensitométrie de fonctionner avec une sensibilité et une spécificité améliorées, permettant aux professionnels de la santé de localiser le cancer et de le diagnostiquer avec précision, et aux chirurgiens d'identifier les marges exactes des tumeurs.
« Par exemple, si le problème est un cancer du côlon, celui-ci est détecté par endoscopie » il a dit Zavaleta. "Mais un endoscope n'est littéralement qu'une lampe de poche au bout d'un bâton, il ne fournira donc que des informations sur la structure du côlon - vous pouvez voir un polype et savoir que vous devez faire une biopsie.". Si nous pouvions fournir des outils d'imagerie pour aider les médecins à déterminer si ce polype particulier est cancéreux ou simplement bénin, nous n'aurions souvent même pas besoin d'intervenir », a-t-il déclaré.
Comment fonctionne le système
Des nanoparticules lumineuses se déplacent dans un vaisseau sanguin pour détecter le cancer. Les colorants ont été incorporés aux nanoparticules pour permettre un contraste d'imagerie plus précis lors de l'identification des cellules cancéreuses. Pour y parvenir, l’équipe a découvert une source unique d’agents de contraste optique provenant des colorants ménagers et des pigments colorants que nous rencontrons régulièrement. Ces « encres optiques » peuvent être appliquées sur des nanoparticules ciblées pour améliorer la détection et la localisation du cancer.
Les colorants et pigments étaient dérivés d'agents colorants courants.
L'idée? ça vient de Pixar
Pour Zavaleta, l'inspiration est venue d'un lieu inhabituel : un cours d'animation avec des artistes Pixar à Emeryville, en Californie, siège du célèbre studio d'animation. Zavaleta, qui aime l'art et l'animation, a déclaré qu'elle était intriguée par les encres et les peintures que les artistes apportaient en classe. "Je pensais à quel point ces peintures très pigmentées, comme les aquarelles à la gouache, étaient brillantes d'une manière que je n'avais jamais vue auparavant, et je me demandais si elles avaient des propriétés optiques intéressantes", a déclaré Zavaleta.
L'idée l'a amenée chez un tatoueur dans la ville voisine de San Francisco, Ciel d'Adam, un autre artisan qui travaille avec des colorants brillants.
Je me souviens avoir apporté une plaque à 96 puits et il a pulvérisé de l'encre de tatouage dans chacun des puits. Ensuite, j'ai apporté les encres à notre scanner Raman (utilisé pour détecter de manière sensible les nanoparticules ciblées sur les tumeurs) et j'ai découvert ces empreintes spectrales vraiment étonnantes que nous pourrions utiliser pour coder nos nanoparticules. C'était super.
Cristina Zavaleta, USC Viterbi – Los Angeles
Les défis à relever pour détecter le cancer
L’un des défis de sécurité de l’imagerie des nanoparticules est qu’elles peuvent souvent avoir une rétention prolongée dans des organes tels que le foie et la rate. En raison de ces problèmes de sécurité, il est essentiel d’envisager des nanomatériaux biodégradables. Il existe actuellement une quantité limitée d’agents de contraste optique approuvés pour un usage clinique.
Dans cet esprit, l'équipe de Zavaleta a envisagé des colorants alimentaires courants qui pourraient être utilisés pour les nanoparticules, tels que les colorants présents dans les bonbons colorés comme les Skittles et les M&M's. Ces produits alimentaires aux couleurs vives que les humains consomment régulièrement ont été jugés sans danger pour la consommation humaine par la FDA.
"Nous avons pensé : examinons certains des colorants pharmaceutiques, cosmétiques et alimentaires approuvés par la FDA qui existent et voyons quelles sont les propriétés optiques de ces colorants", a déclaré Zavaleta. "Et c'est là que nous avons découvert que bon nombre de ces colorants approuvés par la FDA possèdent des propriétés optiques intéressantes que nous pourrions exploiter pour l'imagerie."
L’équipe a développé une nanoparticule qui transportera ces agents d’imagerie hautement pigmentés comme « charge utile » pour détecter le cancer. Zavaleta a déclaré que les particules ont une taille spécifique. Cela permet à certains d’entre eux de pénétrer passivement dans les zones tumorales. D’autres, judicieusement choisis, seront retenus en raison de leur taille.
La nanoparticule peut également être « décorée » avec une charge utile de colorant plus importante que les agents d’imagerie précédents. Cela conduira à un signal plus brillant et plus efficace pour détecter le cancer. "Si vous encapsulez un tas de colorants dans une nanoparticule, vous pourrez mieux la voir car elle sera plus brillante", a déclaré Zavaleta.
