Dans une étude récente, des chercheurs ont développé pour la première fois un système nanorobotique entièrement autonome pour cibler spécifiquement le cancer
Dans une avancée majeure en nanomédecine, domaine qui combine la nanotechnologie et la médecine, des chercheurs ont développé de nouvelles voies de traitement thérapeutique utilisant de très petites nanoparticules de la taille d'une molécule (machines ou robots proches de l'échelle microscopique d'un nanomètre 10-9m) pour cibler le cancer , dans cette étude remarquable publiée dans Nature Biotechnology.
Nanobot d'origami d'ADN : le transporteur magique
L'origami d'ADN est un procédé qui consiste à plier l'ADN à l'échelle nanométrique pour construire des structures actives à des dimensions infimes (à l'instar de l'origami, art du pliage de papier). L'ADN étant un formidable support de stockage d'informations, les structures qui en sont constituées peuvent servir de vecteurs d'information. Grâce à cette propriété, ces nanoparticules d'ADN (ou « nanorobots d'ADN » ou simplement « nanobots ») peuvent déplacer et transporter des charges à l'échelle nanométrique pour des tâches spécifiques au sein du corps humain, ce qui les rend particulièrement adaptées à de nombreuses applications en nanorobotique . La taille d'un tel nanobot est mille fois inférieure à celle d'un cheveu. Ce domaine de la nanorobotique suscite un vif intérêt depuis une vingtaine d'années, et de nombreux experts s'attachent à développer de telles structures nanométriques à base d'ADN, capables de se replier en une multitude de formes et de tailles, afin de révolutionner la médecine, notamment les thérapies et l'administration de médicaments.
La technologie des nanorobots est aujourd'hui largement utilisée et a déjà révolutionné des domaines comme l'imagerie médicale, les appareils, les capteurs, les systèmes énergétiques ou encore la médecine. En médecine, les nanobots présentent des avantages importants principalement parce qu'ils ne génèrent aucune activité nocive, n'ont aucun effet secondaire possible et sont très spécifiques dans quel site du corps ils vont cibler et opérer. Le coût initial de développement des nanorobots peut être élevé, mais la fabrication, lorsqu'elle est effectuée par la méthode conventionnelle de traitement par lots, réduit considérablement le coût. De plus, la taille minuscule des nanorobots les rend idéaux pour cibler les bactéries et les virus. De plus, un minuscule nanorobot peut être injecté très facilement dans le corps et il flotte facilement dans le sang (le système circulatoire) et aide à détecter les problèmes et à les traiter. Les nanobots ont acquis une grande importance dans la recherche sur le cancer, car ils peuvent être une alternative indolore à la chimiothérapie qui est par ailleurs très stressante et impose un énorme fardeau personnel et financier au patient. La chimiothérapie n'est pas seulement un moyen difficile de traiter le cancer, mais en plus d'attaquer les cellules cancéreuses, la procédure laisse plusieurs effets secondaires dans tout le corps. Pourtant, la science n'a pas été en mesure de découvrir une nouvelle alternative à la chimiothérapie pour traiter cette maladie mortelle appelée cancer. Les nanobots ont le potentiel de changer ce scénario dans les années à venir en étant une alternative plus efficace, plus intelligente et plus ciblée pour s'attaquer au cancer.
Cibler le cancer
Dans une étude récente, menée conjointement par l'Université d'État de l'Arizona (États-Unis) et le Centre national de nanoscience et de nanotechnologie de l'Académie chinoise des sciences (Pékin), des chercheurs ont conçu, construit et contrôlé avec précision des nanorobots automatisés capables de cibler et de détruire les tumeurs cancéreuses à l'intérieur du corps, sans endommager les cellules saines. Ils ont surmonté plusieurs obstacles rencontrés par les nanoscientifiques depuis plus de vingt ans, en concevant et en utilisant une stratégie simple et directe pour localiser et détruire la tumeur. Cette stratégie consistait à interrompre spécifiquement l'apport sanguin à une cellule tumorale en induisant la coagulation sanguine à l'intérieur de celle-ci grâce à des nanorobots à base d'ADN. Ils ont donc imaginé une solution apparemment simple : fixer une enzyme clé de la coagulation sanguine (la thrombine) à la surface d'un nanorobot plat, constitué d'une structure d'ADN en origami à l'échelle nanométrique. En moyenne, quatre molécules de thrombine ont été fixées à la surface plane de la feuille d'ADN en origami de 90 nm sur 60 nm. Cette feuille a ensuite été pliée comme une feuille de papier, donnant ainsi aux nanorobots la forme d'un tube creux. Ces nanorobots ont été injectés à une souris (chez laquelle une tumeur à croissance agressive avait été induite). Ils ont circulé dans le système sanguin, atteignant et se liant à leur cible : les tumeurs. Leur cargaison, la thrombine, est ensuite libérée, bloquant ainsi le flux sanguin tumoral et provoquant la coagulation du sang dans les vaisseaux qui alimentent la tumeur. Il en résulte la destruction du tissu tumoral, voire la mort cellulaire. Ce processus se déroule très rapidement : les nanorobots entourent la tumeur quelques heures seulement après l’injection. Des signes de thrombose avancée ont été observés dans toutes les cellules tumorales 36 heures après l’injection.
De plus, les auteurs ont également pris soin d'inclure une charge utile spéciale à la surface du nanobot (appelée aptamère d'ADN) qui ciblerait spécifiquement une protéine, appelée nucléoline, qui est fabriquée en grande quantité uniquement à la surface des cellules tumorales, réduisant ainsi les chances que les nanobots attaquent les cellules saines à zéro. Ces nanobots ont non seulement réduit et tué les cellules tumorales, mais ont également empêché les métastases - une croissance cancéreuse secondaire sur un site distant.
Sécurité et efficacité
Les auteurs soulignent que les nanobots sont sûrs et immunologiquement inertes pour une utilisation chez les souris et même les porcs et que l'utilisation de nanobots n'a montré aucun changement dans la coagulation sanguine normale ailleurs, ni dans la structure cellulaire ni dans le cerveau. Ainsi, ils ont été désignés comme sûrs et efficaces pour cibler et réduire les tumeurs sans aucun effet secondaire indésirable possible. La plupart des nanobots se dégradaient et se dissolvaient du corps après 24 heures. Bien que les nanobots puissent être conçus dans un modèle de «réplication des nanobots», ce qui est compréhensible pour réduire les coûts car quelques copies sont faites et d'autres nanobots sont auto-générés, il est clair qu'une telle approche ne devrait être appliquée que dans des circonstances particulières . En ce qui concerne le domaine médical, un kill-switch infaillible doit également être mis en place afin de tenir à distance toute circonstance extrême. Les autorités judiciaires doivent élaborer des réglementations pour éviter toute utilisation abusive des nanobots en médecine, par exemple des nanobots armés. Tous les facteurs pris en compte, l'efficacité des nanobots nous amène à un point qu'ils ne peuvent être ignorés et l'examen de leur potentiel, les nanobots seront une composante essentielle de la médecine à l'avenir.
Une approche similaire pourrait être utilisée chez l'humain, car les auteurs ont démontré que ce système a également été testé sur un modèle murin primaire de cancer du poumon – qui reproduit l'évolution clinique des patients atteints de cancer du poumon – et a montré une régression tumorale après deux semaines de traitement. De plus, ces études ont été menées sur des souris, et un effet similaire et significatif a été observé chez ces animaux en deux semaines sur les cancers du sein, le mélanome, le cancer de l'ovaire et le cancer du poumon. Cependant, une étude chez l'humain est nécessaire pour confirmer la plausibilité de résultats similaires, et des essais cliniques rigoureux doivent être menés à cette fin.
Un moyen très intelligent et ciblé d'attaquer le cancer
L'un des défis majeurs de la thérapeutique anticancéreuse est de différencier soigneusement et correctement les cellules tumorales cancéreuses des cellules normales et saines du corps. L'approche conventionnelle pour éviter et tuer les cellules tumorales - chimiothérapie et radiothérapie - ne parvient pas à cibler les cellules tumorales de manière sélective sans interagir avec les cellules normales du corps. Ainsi, la chimiothérapie ainsi que la radiothérapie ont tendance à provoquer des effets secondaires graves, mineurs et majeurs, y compris des lésions organiques qui entraînent un traitement très altéré du cancer et donc de faibles taux de survie chez les patients. Les nanobots tels que ceux décrits dans cette étude sont les premiers du genre chez les mammifères qui sont très forts et efficaces pour identifier les cellules tumorales et diminuer leur croissance et leur prolifération. Ce système robotique à ADN peut être utilisé pour une thérapie anticancéreuse précise et ciblée pour de nombreux types de cancer, car tous les vaisseaux sanguins alimentant les tumeurs solides sont essentiellement les mêmes.
Cette recherche a ouvert la voie à l'avenir pour commencer à penser et à planifier des solutions médicales pratiques en utilisant les avancées technologiques. L'objectif ultime de la recherche sur le cancer est l'éradication réussie des tumeurs solides, sans effets secondaires graves et sans métastases. En regardant cette étude, nous voyons un immense espoir pour l'avenir où cette stratégie actuelle pourrait être idéale pour atteindre l'objectif ultime de lutter contre le cancer. Et pas seulement contre le cancer, cette stratégie pourrait également être développée en tant que plate-forme d'administration de médicaments pour le traitement de nombreuses autres maladies, car l'approche consisterait simplement à modifier la structure des nanobots et à altérer les cargaisons chargées. De plus, les nanobots peuvent nous aider à mieux comprendre la complexité du corps et du cerveau humains. Cela aidera également à effectuer des chirurgies indolores et non invasives, même les plus compliquées. Hypothétiquement, à ce stade, en raison de leur taille, les nanorobots pourraient également surfer à travers les cellules du cerveau et générer toutes les informations connexes nécessaires à la poursuite des recherches. À l'avenir, disons dans deux décennies, une seule injection d'un nanobot pourrait être capable de guérir complètement les maladies.
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Sources)
Li S et al. 2018. Un nanorobot d'ADN agit comme agent thérapeutique contre le cancer en réponse à un déclencheur moléculaire in vivo. Nature Biotechnology . https://doi.org/10.1038/nbt.4071
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