Délivrer ou augmenter la radiothérapie
En gros, la moitié des patients atteints de cancer reçoivent une forme de radiothérapie au cours de leur traitement. La radiothérapie utilise des rayonnements à haute énergie pour réduire les tumeurs et tuer les cellules cancéreuses. La radiothérapie tue les cellules cancéreuses en endommageant leur ADN, ce qui provoque l’apoptose cellulaire. La radiothérapie peut soit endommager directement l’ADN, soit créer des particules chargées (atomes ayant un nombre impair ou non apparié d’électrons) dans les cellules, qui peuvent à leur tour endommager l’ADN. La plupart des types de rayonnements utilisés pour le traitement du cancer utilisent des rayons X, des rayons gamma et des particules chargées. Ils sont donc intrinsèquement toxiques pour toutes les cellules, et pas seulement pour les cellules cancéreuses, et sont administrés à des doses aussi efficaces que possible, sans être trop nocifs pour l’organisme ou mortels. En raison de ce compromis entre efficacité et sécurité par rapport au type de tumeur, à sa localisation et à son stade, l’efficacité du traitement doit souvent rester à des niveaux réduits afin de ne pas être trop toxique pour les tissus environnants ou les organes proches de la masse tumorale.
La recherche spécifique aux nanotechnologies s’est concentrée sur la radiothérapie comme une modalité de traitement qui pourrait grandement bénéficier des propriétés des matériaux nanométriques et de l’accumulation accrue de tumeurs. Les principaux mécanismes sur lesquels s’appuient ces plates-formes nanométriques sont soit l’amélioration de l’effet de la radiothérapie, soit l’augmentation de la thérapie, soit de nouvelles modalités de rayonnement électromagnétique appliquées à l’extérieur. Plus précisément, la plupart de ces plateformes nanotechnologiques reposent sur l’interaction entre les rayons X et les nanoparticules en raison des propriétés inhérentes au niveau atomique des matériaux utilisés. Il s’agit notamment de nanoparticules de numéro atomique Z élevé qui renforcent les effets Compton et photoélectriques de la radiothérapie conventionnelle. En substance, elles augmentent l’efficacité tout en maintenant le dosage actuel de la radiothérapie et sa toxicité ultérieure pour les tissus environnants. D’autres plates-formes utilisent des nanoparticules déclenchées par les rayons X qui libèrent un médicament localement au niveau du site tumoral ou pour sensibiliser les cellules cancéreuses à la radiothérapie en combinaison avec le médicament.
Un autre type de thérapie qui repose sur un rayonnement électromagnétique externe est la thérapie photodynamique (PDT). Il s’agit d’une procédure anticancéreuse efficace pour les tumeurs superficielles qui repose sur la localisation tumorale d’un photosensibilisateur suivie d’une activation lumineuse pour générer des espèces réactives de l’oxygène (ROS) cytotoxiques. Plusieurs plateformes de nanomatériaux font l’objet de recherches à cette fin. Souvent constituées d’un noyau en Z dopé au lanthanide ou à l’hafnium, elles peuvent, une fois injectées, être irradiées extérieurement par des rayons X, ce qui permet au noyau des nanoparticules d’émettre localement les photons de lumière visible au niveau de la tumeur. L’émission de photons par les particules active ensuite un photosensibilisateur lié aux nanoparticules ou local pour générer de l’oxygène singulet (1O2) ROS pour détruire la tumeur. De plus, ces nanoparticules peuvent être utilisées à la fois pour la PDT qui génère des ROS et pour la radiothérapie améliorée via le noyau à haute Z. Bien que nombre de ces plates-formes soient initialement étudiées in vivo par injection intratumorale pour les sites tumoraux superficiels, certaines sont testées pour être administrées par injection systémique aux tumeurs des tissus profonds. Les principaux avantages pour le patient seraient l’administration locale de la TPD aux cibles tumorales des tissus profonds, une thérapie alternative pour les cellules cancéreuses qui sont devenues résistantes à la radiothérapie, et la réduction de la toxicité (par exemple, la sensibilité à la lumière) commune à la TPD traditionnelle. Enfin, d’autres plates-formes utilisent une forme de rayonnement Cherenkov dans un but similaire, à savoir l’émission locale de photons à utiliser comme déclencheur de la TPD locale. Elles peuvent également être utilisées pour des cibles de tissus profonds.