L’imagerie chimique pourrait aider à prédire l’efficacité de la radiothérapie pour un patient atteint d’un cancer

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Les décisions sur le traitement du cancer pourraient être mieux adaptées aux patients individuels grâce à l’adoption d’une nouvelle méthode d’imagerie développée par des chercheurs de l’Université du Michigan qui cartographie la composition chimique de la tumeur d’un patient.

Aujourd’hui, les méthodes de traitement du cancer – qu’il s’agisse de chirurgie, de radiothérapie ou d’immunothérapie – sont recommandées principalement en fonction de la localisation, de la taille et de l’agressivité de la tumeur. Ces informations sont généralement obtenues par imagerie anatomique – IRM ou tomodensitométrie ou échographie et par des tests biologiques effectués dans des tissus obtenus par des biopsies tumorales.

Pourtant, l’environnement chimique d’une tumeur a un effet significatif sur l’efficacité d’un traitement particulier. Par exemple, un faible niveau d’oxygène dans le tissu tumoral nuit à l’efficacité de la radiothérapie.

Maintenant, une équipe de scientifiques de l’Université du Michigan et de deux universités italiennes a démontré qu’un système d’imagerie qui utilise des nanoparticules spéciales peut fournir une carte chimique haute résolution en temps réel qui montre la distribution des produits chimiques d’intérêt dans une tumeur.

Cela pourrait conduire à un moyen d’aider les cliniciens à faire de meilleures recommandations sur le traitement du cancer adapté à un patient particulier – la médecine de précision.

Leurs recherches, publiées dans ACS Nano, rapporte la première démonstration d’une méthode d’imagerie chimique in vivo généralisable à tout produit chimique d’intérêt, selon le professeur de chimie de l’UM Raoul Kopelman, l’un des auteurs principaux de l’article.

Les chercheurs ont utilisé une méthode « d’imagerie chimique » des tissus appelée imagerie chimique photo-acoustique, ou PACI.

“La nouveauté de cette méthode est qu’elle est réalisée in vivo, directement à l’intérieur du corps”, a déclaré Kopelman.

L’équipe a testé leur système chez des souris qui ont été implantées avec du tissu provenant d’une biopsie de la tumeur d’un patient, appelée xénogreffe. Les xénogreffes dérivées du patient récapitulent les caractéristiques génétiques et biologiques de la tumeur du patient.

PACI utilise des nanoparticules qui ont été développées au cours des dernières décennies, par Kopelman et d’autres, qui peuvent être injectées dans la souris pour cibler la tumeur et détecter un produit chimique particulier d’intérêt biomédical, tel que l’oxygène, le sodium ou le potassium.

Lorsque ce nanocapteur est activé par une lumière laser infrarouge capable de pénétrer dans les tissus tumoraux, un signal ultrasonore est généré qui peut être utilisé pour cartographier la concentration et la distribution de ce produit chimique particulier.

La méthode PACI pourrait être utilisée dans une xénogreffe de souris pour suivre à plusieurs reprises les caractéristiques de la tumeur d’un patient particulier afin d’évaluer l’environnement chimique de la tumeur au fil du temps.

“Cela permettrait d’optimiser les méthodes de traitement pour un patient particulier – la médecine de précision”, a déclaré Kopelman.

Kopelman et ses collègues ont utilisé le PACI avec une nanoparticule ciblée pour détecter l’oxygène. Après la radiothérapie de la tumeur chez la souris, les chercheurs ont trouvé une corrélation significative entre les niveaux d’oxygène dans chaque partie de la tumeur et la façon dont la radiothérapie détruit le tissu tumoral – plus l’oxygène local dans le tissu est faible, plus la radiothérapie locale est faible. efficacité.

“Nous fournissons ainsi une méthode simple, non invasive et peu coûteuse pour prédire l’efficacité de la radiothérapie pour une tumeur donnée et identifier les régions résistantes au traitement dans le microenvironnement de la tumeur”, a déclaré Kopelman.

“Une telle cartographie chimique aiderait l’équipe clinique à prescrire un traitement personnalisé et optimal pour la tumeur d’un patient donné, basé sur les nouveaux diagnostics de la cartographie chimique de la xénogreffe tumorale.”

Dans cette recherche, PACI a été utilisé dans des xénogreffes dérivées de patients. Le but ultime serait la capacité de faire les cartes chimiques directement chez les patients.

Ce serait faisable, dit Kopelman, avec des fibres optiques qui pourraient être enfilées dans le système veineux du patient, comme cela se fait dans les procédures cardiaques, pour se rapprocher de la tumeur. Le nanocapteur pourrait alors être activé par le laser, mais cela nécessite des nanocapteurs développés pour chaque produit chimique d’intérêt, et chaque nanocapteur devrait être approuvé par la Food and Drug Administration.

En plus de Kopelman, les chercheurs de l’UM incluent Janggun Jo, Jeffrey Folz, Celina Kleer, Xueding Wang, Maria Gonzalez, Ahmad Eido, Shilpa Tekula et Roberta Caruso.

Les collaborateurs italiens sont Sebastiano Andò de l’Université de Calabre et Alessandro Paolì de l’Université de Calabre et de l’Université de Padoue. Le travail a été soutenu par des subventions des Instituts nationaux de la santé à Kopelman, Wang et Kleer.

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