Faire avancer la surveillance du cancer de la peau

Les patients atteints de mélanome, la forme de cancer de la peau la plus préoccupante dans laquelle les cellules productrices de pigments commencent à se développer de manière incontrôlée, peuvent bénéficier des immunothérapies existantes, mais ce n’est pas le cas de tous. Plus de 50 % des patients ne répondent pas aux médicaments d’immunothérapie actuels et parmi ceux qui répondent initialement, beaucoup deviennent résistants aux effets des médicaments.

Ainsi, en plus de développer des immunothérapies plus efficaces, les médecins doivent être capables de déterminer quels patients répondent bien au début des traitements et lesquels continuent ou cessent de répondre afin de prendre les meilleures décisions thérapeutiques.

Étant donné que les lésions cutanées cancéreuses des patients atteints de mélanome sont facilement accessibles, un moyen efficace de les éradiquer pourrait consister à appliquer des immunothérapies localement, au lieu de les injecter systématiquement dans la circulation sanguine. En outre, surveiller la réaction du système immunitaire au traitement directement au niveau du site de la tumeur, en mesurant de manière sensible et continue différents biomarqueurs qui signalent l’activation prévue des cellules immunitaires et une réponse inflammatoire souhaitable, pourrait permettre des soins meilleurs et plus personnalisés aux patients.

Aujourd’hui, une équipe de recherche du Wyss Institute de l’Université Harvard, du MIT et du Brigham and Women’s Hospital de Boston a développé une nouvelle approche qui intègre une plate-forme de micro-aiguilles mini-invasive et indolore, capable d’absorber le liquide contenant des biomarqueurs entourant les cellules des profondeurs. couches de la peau avec une méthode de détection ultra-sensible à molécule unique (Simoa) qui détecte des biomarqueurs souvent rares, mais pertinents, avec une sensibilité plus élevée que les méthodes conventionnelles.

Les chercheurs ont fourni la preuve de concept de leur approche dans un modèle de mélanome murin dans lequel ils ont traité des lésions cancéreuses avec une nouvelle thérapie. La thérapie agit localement sur les lésions tumorales en combinant des ultrasons focalisés non invasifs (FUS), qui génèrent de la chaleur au niveau du site tumoral pour tuer instantanément les cellules tumorales, avec l’administration d’un activateur lié aux nanoparticules précédemment développé d’une protéine induisant une inflammation. connu sous le nom de stimulateur des gènes de l’interféron (STING). Les résultats sont rapportés dans Matériaux fonctionnels avancés.

“La lecture rapide des réponses au traitement du mélanome à l’aide de micro-aiguilles peut permettre un dépistage efficace des médicaments et une stratification des patients afin de maximiser les avantages thérapeutiques”, a déclaré Natalie Artzi, Ph.D., membre du corps professoral associé de Wyss, qui a dirigé l’étude. Artzi est également professeur agrégé de médecine à la Harvard Medical School (HMS) et chercheur scientifique principal à l’Institut d’ingénierie médicale et des sciences du MIT.

L’immunothérapie rendue locale

Artzi et son groupe ont d’abord développé une immunothérapie appliquée localement pour le mélanome qui a exploité certaines de leurs méthodes et expertises précédemment pionnières. Dans une publication récente, qui s’appuie sur le fait connu selon lequel l’activation de la protéine STING, induisant l’inflammation, contribue à la destruction des cellules tumorales, ils ont signalé un moyen beaucoup plus efficace d’activer la protéine dans les cellules immunitaires. Les activateurs naturels (agonistes) de STING ne sont pas suffisamment stables dans l’organisme et doivent être administrés à des doses élevées, ce qui peut également produire des effets secondaires.

La solution du groupe consistait à fournir plusieurs copies d’un agoniste synthétique de STING, appelé dinucléotide cyclique synthétique (CDN), via des nanoparticules (NP) qui traversent facilement la membrane plasmique et, à l’aide d’une réaction enzymatique artificielle, libèrent leur cargaison à l’intérieur des cellules. . Ce produit thérapeutique CDN-NP peut être directement injecté dans ou à proximité de lésions cutanées cancéreuses pour augmenter davantage la concentration du médicament dans les tumeurs.

“Ici, nous avons choisi de stimuler le traitement des antigènes des cellules tumorales mourantes suite à une échographie focalisée ainsi qu’à l’administration d’agonistes STING dans le microenvironnement tumoral pour coordonner une réponse immunitaire plus large”, a déclaré le premier auteur Daniel Dahis, Ph.D. Dahis, est chercheur scientifique à la startup BioDevek et a effectué ses travaux d’études supérieures sur l’étude avec Artzi tout en étant co-supervisé par le co-auteur Haim Azhari, Ph.D., professeur à l’Institut de technologie Technion Israël et expert en l’imagerie médicale.

L’équipe a d’abord montré que le traitement par ultrasons focalisés (FUS), qui augmente de manière transitoire et dans de petites zones la température jusqu’à 60°C, potentialisait les effets du traitement CDN-NP dans des co-cultures de cellules immunitaires et cancéreuses dans une boîte, et dans les tumeurs de mélanome chez la souris, qu’elles ont traitées avec l’association.

Il est important de noter que 60 jours après le traitement, tous les animaux ayant reçu uniquement la thérapie FUS étaient morts, tandis que 75 % des animaux recevant uniquement la thérapie CDN-NP étaient encore en vie. Le traitement combiné a permis à 100 % des animaux de leur groupe de survivre.

Exploiter profondément les biomarqueurs cutanés

Pour déterminer si les bénéfices de survie de la thérapie combinée se reflètent dans les niveaux de biomarqueurs au niveau du site tumoral, ce qui pourrait à l’avenir se traduire par la surveillance des réponses chez les patients humains traités par immunothérapie, le groupe d’Artzi avait précédemment développé un nouveau type de des micro-aiguilles invasives constituées d’acide hyaluronique et, en principe, peuvent être utilisées simultanément pour administrer des médicaments et détecter des biomarqueurs.

Ces dispositifs atteignent les couches inférieures (dermiques) de la peau, où le polymère rencontre le liquide entourant les cellules cutanées, appelé liquide cutané interstitiel (ISF), et, comme une éponge, en absorbe de petites quantités.

“Seulement quelques microlitres d’ISF obtenus avec des microaiguilles fournissent une richesse d’informations sur les biomarqueurs, car les cellules cutanées normales, les cellules immunitaires locales et les cellules cancéreuses sécrètent constamment diverses molécules de signalisation et métabolites”, a déclaré Dahis. “Une fois les micro-aiguilles récupérées, leurs pointes peuvent être simplement dissoutes pour libérer les molécules capturées dans un tube à essai afin que nous puissions commencer l’analyse des biomarqueurs.”

Cependant, alors que les chercheurs ont constaté que le FUS s’ajoutait clairement à la réponse immunitaire provoquée par le CDN-NP dans les tumeurs, de nombreux biomarqueurs d’intérêt, y compris les gènes activés par la protéine STING activée, étaient à peine détectables, voire pas du tout, à l’aide des méthodes conventionnelles. Pour surmonter ce goulot d’étranglement, l’équipe d’Artzi s’est associée à celle de David Walt, Ph.D., membre du corps professoral de Wyss, qui avait précédemment développé la technologie Simoa, dotée de capacités de détection de biomarqueurs ultrasensibles.

Simoa permet essentiellement aux chercheurs de capturer une protéine biomarqueur d’intérêt avec une molécule d’anticorps spécifique liée à une bille magnétique beaucoup plus grande que l’anticorps lui-même. La protéine liée est ensuite « prise en sandwich » à l’aide d’un deuxième détecteur d’anticorps dans des puits individuels d’une plaque multipuits qui ne peuvent contenir chacun qu’une seule bille magnétique.

L’anticorps détecteur est marqué avec une enzyme qui génère un signal fluorescent dans le puits. Ainsi, Simoa permet le comptage numérique de protéines biomarqueurs individuelles au niveau d’une seule molécule, ce qui dépasse de loin la sensibilité des tests de détection couramment utilisés.

Co-auteur Tal Gilboa, Ph.D. L’équipe de Walt a développé quatre tests Simoa pour détecter les molécules dont l’expression est activée par STING : l’interféron-b (IFN-b), le MCP-1 et le KC, qui attirent tous deux les cellules immunitaires vers les tumeurs, ainsi que le marqueur général de l’inflammation, l’interleukine-6. (IL-6).

En effet, cela a permis aux chercheurs de détecter ces biomarqueurs dans des échantillons ISF extraits par micro-aiguille avec des sensibilités 100 à 1 000 fois supérieures à celles des tests couramment utilisés, et les mesures reflétaient les mesures Simoa parallèles des mêmes biomarqueurs dans les échantillons de sang. “Il était frappant de constater que les animaux présentant la réponse pro-inflammatoire la plus prononcée étaient également ceux qui survivaient le plus longtemps”, a déclaré Dahis.

“La remarquable technologie de micro-aiguilles du laboratoire Artzi contenant des nanostructures artificielles permet en principe à la fois l’administration de médicaments et le microéchantillonnage – un concept complètement nouveau pour un théranostic, qui fournit une solution idéale, non invasive et complète au traitement du mélanome”, a déclaré Walt, qui est également professeur Hansjörg Wyss d’ingénierie d’inspiration biologique à la Harvard Medical School (HMS), professeur de pathologie au Brigham and Women’s Hospital et professeur au Howard Hughes Medical Institute (HHMI).

Walt, avec le co-auteur Rushdy Ahmad, Ph.D., dirige le Wyss Diagnostic Accelerator, qui vise à raccourcir le délai nécessaire aux diagnostics urgents dans plusieurs domaines pathologiques, y compris le cancer.

« Ce travail est un bel exemple de collaboration interdisciplinaire et de convergence des technologies de pointe que nous recherchons à l’Institut Wyss. Cette nouvelle avancée a le potentiel d’élever la qualité de l’immunothérapie anticancéreuse à un niveau supérieur en évaluant directement l’efficacité thérapeutique chez les individus. patients », a déclaré le directeur fondateur de Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., qui est également professeur Judah Folkman de biologie vasculaire à la Harvard Medical School et au Boston Children’s Hospital.