Découverte des nanobulles : la puissance de la thérapie par inhalation pour le cancer du poumon.

Par Holly Evarts, École d’ingénieurs et de sciences appliquées de l’Université de Columbia, 16 février 2024

Les exosomes transportent l'ARN messager IL-12 aux cellules cancéreuses du poumon

Illustration montrant les exosomes (en bleu) transportant l’ARNm IL-12 aux cellules cancéreuses du poumon (en brun). Crédit : Laboratoire Cheng / École d’ingénieurs de Columbia

Le bioingénieur de Columbia, Ke Cheng, a développé une technique qui utilise l’inhalation d’exosomes, ou de nanobulles, pour délivrer directement l’ARNm d’IL-12 dans les poumons de souris.

Le cancer du poumon est l’un des cancers les plus courants et a l’un des taux de survie les plus bas au monde. Les cytokines, qui sont de petites protéines de signalisation, telles que l’interleukine-12 (IL-12), ont démontré un potentiel considérable en tant que puissants suppresseurs de tumeurs. Cependant, leurs applications sont limitées en raison d’une multitude d’effets secondaires graves.

Dans un article récemment publié dans Nature Nanotechnology, le professeur de génie biomédical Ke Cheng et son groupe de recherche démontrent que l’utilisation de nanobulles, appelées exosomes, par le biais d’une méthode de traitement par inhalation, peut délivrer directement l’ARNm de l’IL-12 dans les poumons. Les ARNm sont les plans pour la production de protéines spécifiques qui participent à diverses fonctions cellulaires.

Alors que les scientifiques ont déjà utilisé des liposomes (de minuscules particules à base de graisses) ou des nanoparticules lipidiques (NLN) pour la livraison d’ARNm, cette méthode pose plusieurs problèmes, notamment un manque d’homogénéité des tissus, où les particules ne se rendent pas aux organes cibles, et des préoccupations quant à la toxicité potentielle après une exposition prolongée. Au cours des 15 dernières années, le groupe de Cheng a développé des exosomes pour les utiliser comme des vecteurs de livraison de médicaments supérieurs aux liposomes et aux NLN dans des indications spécifiques.

Livraison innovante par inhalation

Jusqu’à présent, les cliniciens ont seulement pu utiliser l’IL-12 pour traiter le cancer par injection directe dans la tumeur ou dans le sang. Le laboratoire de Cheng a découvert que le fait d’inhaler l’ARNm d’IL-12 dans des exosomes pouvait non seulement délivrer de l’IL-12 concentré localement dans les poumons, mais aussi pouvait mieux combattre le cancer avec des effets secondaires minimaux. La méthode d’inhalation est plus efficace pour bâtir des concentrations plus élevées d’IL-12 là où cela est nécessaire que d’autres façons de délivrer l’ARNm, comme en utilisant des liposomes.

« Les exosomes sont habituellement injectés systémiquement dans le sang, » a expliqué Cheng. « Dans cette nouvelle étude, nous montrons qu’en inhalant des exosomes, on peut efficacement atteindre le poumon et délivrer une charge anti-cancer, l’ARNm IL-12. Ceci est un grand pas en avant dans l’avancement du développement de nouveaux médicaments inhalables pour traiter le cancer du poumon, qui a l’un des plus bas taux de survie à cinq ans dans le monde. »

Activation du système immunitaire et résistance aux tumeurs

L’inhalation des nanobulles avec le plan de l’IL-12 peut déclencher les cellules immunitaires du poumon, les transformant en puissants défenseurs équipés pour libérer des substances qui ciblent et détruisent directement les cellules tumorales. De plus, l’IL-12 aide à former ces cellules immunitaires pour « se souvenir » des caractéristiques uniques des cellules tumorales. Par conséquent, si la tumeur essaie d’attaquer à nouveau, ces cellules immunitaires bien informées sont prêtes à reconnaître et éliminer rapidement la tumeur.

De plus, ces cellules immunitaires suractivées peuvent transmettre leurs nouvelles connaissances à d’autres cellules immunitaires non formées dans tout le corps, créant une armée de défenseurs. Cela signifie que même si les cellules tumorales tentent de se propager au-delà de leur emplacement initial, comme les poumons, ces cellules immunitaires préparées peuvent les repérer et les éliminer, offrant un système de défense contre le cancer dans tout le corps. Les souris qui ont inhalé cette thérapie ont démontré une suppression des tumeurs pulmonaires ainsi qu’une résistance accrue aux rechutes tumorales.

Combinaison d’efficacité et de simplicité

Cette stratégie se distingue en tant que système de livraison potent de l’ARNm IL-12 au microenvironnement du poumon, selon les chercheurs, et combine simplicité et efficacité contre les tumeurs primaires et les métastases. Comparativement à d’autres contrôles de nanoparticules, les exosomes stimulent l’expression de l’IL-12 avec une toxicité atténuée. Et les patients seront vraisemblablement beaucoup plus heureux de simplement inhaler le médicament plutôt que de recevoir des injections intratumorales.

Directions futures

Le groupe de Cheng travaille actuellement avec des oncologues du Centre médical Irving de l’Université de Columbia pour traduire leurs résultats en clinique au bénéfice des patients atteints de cancer du poumon.

Référence : « Inhalable extracellular vesicle delivery of IL-12 mRNA to treat lung cancer and promote systemic immunity » par Mengrui Liu, Shiqi Hu, Na Yan, Kristen D. Popowski et Ke Cheng, 11 janvier 2024, Nature Nanotechnology.
DOI: 10.1038/s41565-023-01580-3