Détection précoce du cancer du poumon avec les nanocapteurs inhalables du MIT

Les inhalateurs de nanocapteurs du MIT pourraient révolutionner le dépistage du cancer du poumon, en proposant un test urinaire simple comme alternative viable aux scanners CT, améliorant l’accès mondial à la détection précoce. Crédit:

Ce test diagnostique, qui ne nécessite qu’un simple test d’urine pour lire les résultats, pourrait rendre le dépistage du cancer du poumon plus accessible dans le monde entier.

Grâce à une nouvelle technologie développée au MIT, le diagnostic du cancer du poumon pourrait devenir aussi simple que l’inhalation de capteurs de nanoparticules, suivie d’un test d’urine révélant la présence éventuelle d’une tumeur.

Ce nouveau diagnostic repose sur des nanocapteurs pouvant être administrés par inhalation ou nébulisation. Si les capteurs rencontrent des protéines liées au cancer dans les poumons, ils produisent un signal qui s’accumule dans l’urine, où il peut être détecté avec une simple bandelette de test en papier.

Cette approche pourrait potentiellement remplacer ou compléter la méthode actuelle de diagnostic du cancer du poumon, la tomodensitométrie à faible dose (CT). Elle pourrait avoir un impact significatif dans les pays à revenu faible et intermédiaire qui ne disposent pas d’une disponibilité généralisée de scanners CT, selon les chercheurs.

Accessibilité et Impact Mondial

« Dans le monde entier, le cancer deviendra de plus en plus prévalent dans les pays à revenu faible et intermédiaire. L’épidémiologie du cancer du poumon à l’échelle mondiale est que c’est une maladie liée à la pollution et au tabagisme, donc nous savons que ce sont des environnements où l’accessibilité à ce type de technologie pourrait avoir un grand impact », déclare Sangeeta Bhatia, professeure de sciences de la santé et de technologie au MIT, et membre de l’Institut Koch du MIT pour la recherche intégrative sur le cancer et de l’Institut de génie médical et des sciences.

Bhatia est l’auteur principal de l’article, qui a récemment été publié dans Science Advances. Qian Zhong, chercheur au MIT, et Edward Tan, ancien post-doctorant au MIT, sont les auteurs principaux de l’étude.

Les ingénieurs du MIT ont conçu des particules diagnostiques pouvant être aérosolisées et inhalées. Au bas se trouve une micrographie électronique à balayage des particules, qui sont revêtues de nanocapteurs interagissant avec des protéines associées au cancer dans les poumons. Crédit: Courtoisie des chercheurs

Nanosenseurs : un outil diagnostique plus accessible

Afin de diagnostiquer le cancer du poumon le plus tôt possible, le Groupe de travail des services de prévention des États-Unis recommande que les gros fumeurs de plus de 50 ans subissent des scanners CT annuels. Cependant, tout le monde dans ce groupe cible ne bénéficie pas de ces scanners, et le taux élevé de faux positifs des scanners peut conduire à des tests invasifs inutiles.

Bhatia a passé la dernière décennie à développer des nanocapteurs pour le diagnostic du cancer et d’autres maladies, et dans cette étude, elle et ses collègues ont exploré la possibilité de les utiliser comme une alternative plus accessible au dépistage du cancer du poumon par CT.

Ces capteurs sont constitués de nanoparticules polymères revêtues d’un rapporteur, tel qu’un code-barres ADN, qui est clivé de la particule lorsque le capteur rencontre des enzymes appelées protéases, souvent suractives dans les tumeurs. Ces rapports finissent par s’accumuler dans l’urine et sont excrétés du corps.

Les versions précédentes des capteurs, qui ciblaient d’autres sites cancéreux tels que le foie et les ovaires, étaient conçues pour être administrées par voie intraveineuse. Pour le diagnostic du cancer du poumon, les chercheurs ont voulu créer une version pouvant être inhalée, ce qui pourrait faciliter son déploiement dans des environnements aux ressources limitées.

« Lorsque nous avons développé cette technologie, notre objectif était de fournir une méthode capable de détecter le cancer avec une grande spécificité et sensibilité, tout en abaissant le seuil d’accessibilité, afin de peut-être améliorer la disparité des ressources et l’inégalité pour la détection précoce du cancer du poumon », explique Zhong.

Facilité d’utilisation et potentiel de détection précoce

Pour ce faire, les chercheurs ont créé deux formulations de leurs particules : une solution pouvant être aérosolisée et administrée avec un nébuliseur, et une poudre sèche pouvant être administrée à l’aide d’un inhalateur.

Une fois les particules atteignant les poumons, elles sont absorbées dans les tissus, où elles rencontrent d’éventuelles protéases présentes. Les cellules humaines peuvent exprimer des centaines de protéases différentes, et certaines d’entre elles sont suractives dans les tumeurs, où elles aident les cellules cancéreuses à s’échapper de leurs sites d’origine en coupant à travers les protéines de la matrice extracellulaire. Ces protéases cancéreuses clivent les codes-barres ADN des capteurs, permettant aux codes-barres de circuler dans le sang jusqu’à ce qu’ils soient excrétés dans l’urine.

Dans les versions antérieures de cette technologie, les chercheurs utilisaient la spectrométrie de masse pour analyser l’échantillon d’urine et détecter les codes-barres ADN. Cependant, la spectrométrie de masse nécessite un équipement qui pourrait ne pas être disponible dans les régions à faibles ressources, donc pour cette version, les chercheurs ont créé un test à écoulement latéral, qui permet de détecter les codes-barres en utilisant une bandelette de test en papier.

Les chercheurs ont conçu la bandelette pour détecter jusqu’à quatre codes-barres ADN différents, chacun indiquant la présence d’une protéase différente. Aucun prétraitement ou traitement de l’échantillon d’urine n’est requis, et les résultats peuvent être lus environ 20 minutes après le prélèvement de l’échantillon.

« Nous poussions vraiment cet test à être disponible en point de soins dans un contexte à faibles ressources, donc l’idée était de ne pas effectuer de traitement de l’échantillon, pas d’amplification, juste être capable de mettre l’échantillon directement sur le papier et de le lire en 20 minutes », explique Bhatia.

Diagnostic précis

Les chercheurs ont testé leur système de diagnostic sur des souris génétiquement modifiées pour développer des tumeurs pulmonaires similaires à celles observées chez l’homme. Les capteurs ont été administrés 7,5 semaines après le début de la formation des tumeurs, un moment qui correspondrait probablement au stade 1 ou 2 du cancer chez l’homme.

Lors de leur premier ensemble d’expériences sur les souris, les chercheurs ont mesuré les niveaux de 20 capteurs différents conçus pour détecter différentes protéases. En utilisant un algorithme d’apprentissage automatique pour analyser ces résultats, les chercheurs ont identifié une combinaison de seulement quatre capteurs qui était prédite pour donner des résultats diagnostiques précis. Ils ont ensuite testé cette combinaison sur le modèle de souris et ont constaté qu’elle pouvait détecter avec précision les tumeurs pulmonaires à un stade précoce.

Pour une utilisation chez les humains, il est possible qu’il faille plus de capteurs pour effectuer un diagnostic précis, mais cela pourrait être réalisé en utilisant plusieurs bandes de papier, chacune détectant quatre codes-barres ADN différents, selon les chercheurs.

Les chercheurs prévoient maintenant d’analyser des échantillons de biopsie humaine pour voir si les panneaux de capteurs qu’ils utilisent fonctionneraient également pour détecter les cancers humains. À long terme, ils espèrent réaliser des essais cliniques sur des patients humains. Une entreprise appelée Sunbird Bio a déjà mené des essais de phase 1 sur un capteur similaire développé par le laboratoire de Bhatia, pour le diagnostic du cancer du foie et une forme d’hépatite connue sous le nom de stéatohépatite non alcoolique (NASH).

Dans les parties du monde où l’accès aux scanners CT est limité, cette technologie pourrait offrir une amélioration spectaculaire dans le dépistage du cancer du poumon, d’autant plus que les résultats peuvent être obtenus lors d’une seule visite.

« L’idée serait que vous veniez puis vous obteniez une réponse sur la nécessité d’un test de suivi ou non, et nous pourrions faire rentrer les patients présentant des lésions précoces dans le système afin qu’ils puissent bénéficier d’une chirurgie curative ou de médicaments salvateurs », conclut Bhatia.