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Des scientifiques du monde entier étudient comment les médicaments anticancéreux peuvent atteindre le plus efficacement possible les tumeurs qu'ils ciblent. L'une des possibilités consiste à utiliser des bactéries modifiées comme «bacs» pour transporter les médicaments dans la circulation sanguine jusqu'aux tumeurs. Un groupe de recherche de l'ETH Zurich a réussi à contrôler certaines bactéries afin qu'elles puissent traverser efficacement la paroi des vaisseaux sanguins et s'infiltrer dans les tissus tumoraux.
Sous la direction de Simone Schürle, professeure de systèmes biomédicaux réactifs, les chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich ont choisi de travailler avec des bactéries naturellement magnétiques en raison des particules d'oxyde de fer qu'elles contiennent. Ces bactéries du genre Magnetospirillum répondent aux champs magnétiques et peuvent être contrôlées par des aimants depuis l'extérieur du corps.
Exploiter les lacunes temporaires
Dans des cultures cellulaires et chez la souris, Simone Schürle et son équipe ont montré qu'un champ magnétique rotatif appliqué à la tumeur améliore la capacité des bactéries à traverser la paroi vasculaire à proximité de la tumeur. Au niveau de la paroi vasculaire, le champ magnétique rotatif propulse les bactéries vers l'avant dans un mouvement circulaire.
Pour mieux comprendre le fonctionnement du mécanisme de traversée de la paroi vasculaire, un examen détaillé est nécessaire : La paroi des vaisseaux sanguins est constituée d'une couche de cellules et sert de barrière entre la circulation sanguine et le tissu tumoral, qui est traversé par de nombreux petits vaisseaux sanguins. Des espaces étroits entre ces cellules permettent à certaines molécules du de passer à travers la paroi des vaisseaux. La taille de ces espaces intercellulaires est régulée par les cellules de la paroi vasculaire, et ils peuvent être temporairement assez larges pour permettre même aux bactéries de traverser la paroi vasculaire.
Forte propulsion et forte probabilité
À l'aide d'expériences et de simulations informatiques, les chercheurs et chercheuses de l'ETH Zurich ont pu montrer que la propulsion des bactéries à l'aide d'un champ magnétique tournant est efficace pour trois raisons. Premièrement, la propulsion par un champ magnétique rotatif est dix fois plus puissante que la propulsion par un champ magnétique statique. Ce dernier ne fait que fixer la direction et les bactéries doivent se déplacer par leur propre force.
La deuxième raison, la plus importante, est que les bactéries entraînées par le champ magnétique rotatif sont constamment en mouvement, se déplaçant le long de la paroi vasculaire. Elles sont donc plus susceptibles de rencontrer les espaces qui s'ouvrent brièvement entre les cellules de la paroi vasculaire que les autres types de propulsion, dans lesquels le mouvement des bactéries est moins exploratoire. Enfin, contrairement aux autres méthodes, les bactéries n'ont pas besoin d'être suivies par imagerie. Une fois le champ magnétique positionné sur la tumeur, il n'est pas nécessaire de le réajuster.
La «cargaison» s'accumule dans le tissu tumoral.
«Nous utilisons également la locomotion naturelle et autonome de la bactérie», explique Simone Schürle. «Une fois que les bactéries ont traversé la paroi du vaisseau sanguin et qu'elles se trouvent dans la tumeur, elles peuvent migrer de manière autonome en profondeur à l'intérieur de celle-ci.» Pour cette raison, les scientifiques utilisent la propulsion via le champ magnétique externe pendant une heure seulement - suffisamment longtemps pour que les bactéries traversent efficacement la paroi vasculaire et atteignent la tumeur.
De telles bactéries pourraient à l'avenir transporter des médicaments anticancéreux. Dans leurs études de culture cellulaire, l'équipe de recherche de l'ETH Zurich a simulé cette application en fixant des liposomes (nanosphères de substances semblables à des graisses) aux bactéries. Ces liposomes on été marqués avec un colorant fluorescent, ce qui a permis de démontrer dans la boîte de Pétri que les bactéries avaient effectivement transporté leur «cargaison» à l'intérieur du tissu cancéreux, où elle s'est accumulée. Dans une future application médicale, les liposomes seraient remplis d'un médicament.
Thérapie bactérienne du cancer
L'utilisation des bactéries comme ferries pour les médicaments est l'une des deux façons dont les bactéries peuvent contribuer à la lutte contre le cancer. L'autre approche, vieille de plus de cent ans, connaît actuellement un regain d'intérêt : l'utilisation de la propension naturelle de certaines espèces de bactéries à endommager les cellules tumorales. Cela peut impliquer plusieurs mécanismes. En tout cas, on sait que les bactéries stimulent certaines cellules du système immunitaire, qui éliminent alors la tumeur.
De multiples projets de recherche étudient actuellement l'efficacité des bactéries E. coli contre les tumeurs. Aujourd'hui, il est possible de modifier les bactéries à l'aide de la biologie synthétique pour optimiser leur effet thérapeutique, réduire les effets secondaires et les rendre plus sûrs.
Rendre les bactéries non magnétiques magnétiques
Pourtant, pour utiliser les propriétés inhérentes des bactéries dans le traitement du cancer, la question de savoir comment ces bactéries peuvent atteindre efficacement la tumeur reste posée. S'il est possible d'injecter les bactéries directement dans les tumeurs situées près de la surface du corps, cela n'est pas possible pour les tumeurs situées en profondeur. C'est là qu'intervient la commande microrobotique de Simone Schürle. «Nous pensons pouvoir utiliser notre approche technique pour accroître l'efficacité de la thérapie bactérienne contre le cancer», explique-t-elle.
L'E. coli utilisée dans les études sur le cancer n'est pas magnétique et ne peut donc pas être propulsée et contrôlée par un champ magnétique. En général, la réactivité magnétique est un phénomène très rare chez les bactéries. Le magnetospirillum est l'un des rares genres de bactéries à posséder cette propriété.
Simone Schürle veut donc rendre les bactéries E. coli également magnétiques. Cela pourrait un jour permettre d'utiliser un champ magnétique pour contrôler des bactéries thérapeutiques utilisées en clinique et qui ne possèdent pas de magnétisme naturel.