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Le cancer est la première cause de mortalité dans les pays occidentaux. Les traitements actuels contre le cancer peuvent être dangereux. Pour remédier à ce problème en permettant une guérison certaine et moins de souffrance pour les patients, des scientifiques développent des nanovecteurs qui permettent de conduire les médicaments anticancéreux au sein des tissus dégénérés.

Le cancer

« Cancer » est un mot que nous avons aujourd'hui l'habitude d'entendre autour de nous. Pourtant ce n'est pas un mot ancien.

Le cancer était une maladie très peu répandue avant le XX siècle ou très peu étudiée jusqu'à la première réunion internationale sur le cancer en 1906, en Allemagne. En effet, les archéologues ont retrouvés des traces de cancer sur des corps datant de l'époque égyptienne. Le nombre de cas augmente en raison de la régression des épidémies virales telles que les pneumonies et la généralisation de l’utilisation de produits chimiques ainsi que la pollution. Aujourd’hui, c’est la première cause de mortalité en France. Dans le monde en 2012, 14.1 millions de nouveaux cas ont été détectés et 8.2 millions de personnes sont mortes d'un cancer.

Nombre de décès des suites d'un cancer aux Etats-Unis

Le cancer est un dysfonctionnement des cellules, provoqué par des mutations lors de la division cellulaire. Elles se mettent à proliférer de façon anarchique et ne remplissent plus leurs fonctions. Cet amas de cellules dégénérées est appelé tumeur cancéreuse. L’organisme ne peut plus les éliminer. La prolifération des cellules cancéreuses entraîne la mort des cellules saines et la destruction des organes proches. Cet enchaînement est fatal pour le porteur de la tumeur.

Dès le début du XX siècle, des traitements sont mis au point pour essayer de soigner ce fléau naissant qui peut apparaître dans toutes les parties du corps. L'expansion des recherches médicales et les découvertes telles que la radioactivité ou les rayons X permettent aux scientifiques de commencer à trouver des solutions au problème à travers divers traitements curatifs ( permettant la guérison définitive du patient ) et des traitements palliatifs ( permettant de stopper ou de ralentir l’avancée de la maladie ).

Les traitements

Il existe plusieurs types de traitement du cancer qui peuvent être utilisés seuls ou parallèlement :

•    chirurgie

•    radiothérapie

•    chimiothérapie

•    hormonothérapie

•    immunothérapie

•    nouveaux traitements "ciblés"

La chirurgie est un traitement qui consiste à opérer afin d'enlever la tumeur de la personne malade. C’est la technique la plus ancienne pour traiter le cancer. Elle s’est améliorée avec le temps, les nouvelles technologies permettent désormais d'opérer des personnes plus fragiles et un rétablissement post-opératoire plus rapide.

La radiothérapie est un traitement très courant du cancer (60 % des personnes atteintes de cancer ont besoin d’une radiothérapie ). Elle est généralement utilisée avec d'autres traitements pour augmenter son efficacité. Elle est basée sur l'utilisation de rayons à hautes intensités pour détruire ou réduire les cellules cancéreuses. Ce n’est pas un traitement douloureux physiquement mais c'est très éprouvant. En effet, les séances sont rapprochées dans le temps et sur une durée de plusieurs semaines. La radiothérapie provoque de nombreux effets secondaires comme des rougeurs au niveau de la zone soignée, des maux de tête ou bien des réactions inflammatoires. Ce traitement peut être cependant dangereux pour les cellules saines en fonction de la dose utilisée.

La chimiothérapie est la méthode la plus répandue. Elle consiste à éliminer les cellules cancéreuses par des produits chimiques. Elle est accompagnée d'un des traitements vus plus haut. Ses effets sont multiples : elle peut guérir le patient, réduire la tumeur pendant très longtemps ou bien seulement soulager le malade. La chimiothérapie utilise plusieurs médicaments qui attaquent la tumeur sous plusieurs angles en même temps pour optimiser leurs effets. Les médicaments sont injectés par voie intraveineuse, orale ou intramusculaire. En revanche, ce traitement cible surtout les cellules qui se multiplient rapidement, comme celles du cancer, mais il existe des cellules saines de notre corps qui se reproduisent de la même manière. Elles sont éliminées elles aussi par le traitement, ce qui entraîne des effets secondaires extrêmement nombreux, tels qu'une perte des cheveux, des réactions allergiques, des malaises, mais aussi une fatigue constante à long terme ou une baisse de la fertilité chez l'homme et la femme.

L’hormonothérapie est un traitement qui consiste à stopper la production ou l’action d’hormones naturelles afin d’empêcher le développement des cellules cancéreuses. Cette technique cible les cancers dits « hormonosensibles » dont la croissance est stimulée par des hormones. L’hormonothérapie est prescrite particulièrement pour le cancer  du sein et le cancer de la prostate. C’est un traitement long (environ 10 ans). Les effets secondaires provoqués sont généralement des éruptions cutanées ou des bouffées de chaleur. L’hormonothérapie peut être utilisée en combinaison avec d’autres traitements.

L’immunothérapie est une technique assez expérimentale bien que certains traitements soient déjà disponibles. Elle consiste à mobiliser les défenses immunitaires du patient contre sa maladie. Dans le cas du cancer, le traitement cible les lymphocytes. Les cellules cancéreuses produisent une substance qui réduit l'action des lymphocytes. Les traitements d’immunothérapie agissent sur les lymphocytes afin qu’ils soient protégés de cette substance et qu'ils puissent agir efficacement contre les cellules cancéreuses. Cette méthode a été difficile à mettre au point.

Les thérapies ciblées sont apparues ces dernières années. Elles consistent à amener des médicaments au plus près des cellules cancéreuses pour les empêcher de se développe, ce qui engendre moins d'effets secondaires. Il y a essentiellement trois classes de médicaments avec des effets différents : le premier bloque les signaux transmis entre la membrane cellulaire et le noyau de la cellule, empêchant son activation. Le deuxième détruit les vaisseaux sanguins qui alimentent la tumeur. Le troisième empêche le développement des cellules tumorales en paralysant leur croissance. Il a l'avantage de ne faire presque aucun dégât aux cellules en bonne santé. Ce traitement doit être administré sur une longue durée pour être véritablement efficace.

Nanotechnologies et traitement du cancer

Qu'est-ce que les nanotechnologies ?

Les nanosciences sont définies par toutes les observations et manipulations appliquées à l’échelle du nanomètre (10^-9 m).

En 1959, le physicien américain Richard Feynman déclare dans un discours que " les lois physiques autorisent la manipulation et le positionnement contrôlé des atomes et des molécules, individuellement, un par un ". Quelques années plus tard, en 1981, est créé le microscope à effet tunnel. C'est la base des nanotechnologies. A partir de ce moment, on apprend à manipuler les atomes pour les réordonner. Aujourd’hui les scientifiques imaginent et créent de nouveaux types de nanotechnologies et de nanosciences utilisées dans différents domaines (alimentation, médecine, cosmétique…). Dans le domaine de la médecine, et plus précisément dans celui du cancer, ils développent depuis cinq ans des traitements chaque fois plus efficaces et capables de remplacer nos traitements de destruction massive des cellules.

Nanotechnologies, une révolution dans les traitements anticancéreux ?

Vecteurs classiques

Les scientifiques développent différents traitements contre le cancer qui consistent à envoyer des vecteurs par voie intraveineuse. Il existe différents « nanovecteurs».

Liposome

En voici des exemples Les liposomes :

Le procédé de vectorisation grâce à des liposomes est très simple, il consiste à envelopper le principe actif par des « liposomes biocompatibles ». Ils permettent à la fois de protéger le médicament et de l'acheminer vers un endroit précis du corps (vectorisation). Les recherches actuelles sur ce traitement visent à réduire la toxicité de ces nano-molécules dans le sang. La taille de ces nanovecteurs varie entre 100 et 300 nm, ils sont environ 70 fois plus petits qu'un globule rouge.

Les liposomes de première génération sont fragiles, ils ne peuvent pas rester longtemps dans le sang. Après leur injection, ils sont rapidement détectés par le système immunitaire, notamment par les opsonines qui conduisent jusqu’au foie tout ce qui est étranger au corps. C’est le procédé de l’opsonisation. Intervient alors dans le foie le procédé de détoxification : des enzymes sont chargées de dégrader les substances toxiques amenées par les anticorps. Les parois des capsules sont ainsi détruites, libérant le médicament au sein de l‘organe et détruisant ainsi les cellules tumorales

Les nanocapsules de deuxième génération sont des billes hydrophiles capables de rester plus longtemps dans le sang que l'ancienne version. Elles sont recouvertes du polymère polyéthylène glycol (PEG) qui permet de repousser les opsonines. Une fois injectées dans la circulation sanguine, les capsules ainsi recouvertes échappent au contrôle des opsonines et peuvent aisément circuler dans le corps. Ces vecteurs sont déjà commercialisés.

Ces nanocapsules capables de ne pas être repérés par l'organisme sont appelées « vecteurs furtifs ». Les parois formées par les cellules tumorales sont moins épaisses et plus espacées (voir schéma) que celles des cellules endothéliales qui forment les parois des veines. Ces nanocapsules sont donc étudiées pour pouvoir pénétrer ces zones cancéreuses et y libérer immédiatement le principe actif, tout en se décomposant sans conséquence pour l'organisme. Ce type de nanocapsules est cependant nocif pour quelques parties du corps, certains tissus étant aussi perméables que les tissus cancéreux. Les nanovecteurs y pénètrent donc de la même manière avant de les détruire. Mais à quel point est-ce dangereux par rapport aux traitements actuels ? On ne connait pas encore la toxicité de ces vecteurs qui pourraient intéragir différemment suivant les individus.

Schéma représentant la vectorisation des nanomédicaments

Pour répondre à ce problème, les laboratoires ont créé les nanocapsules de troisième génération. De la même manière que les précédentes, ces nanocapsules sont recouvertes d'un polymère permettant leur libre circulation dans le sang. En outre, des molécules de vitamine B9 ont été greffées sur leur surface . Les tissus cancéreux sont recouverts de récepteurs de cette vitamine dont ils ont besoin pour se multiplier. Cette vitamine est totalement inoffensive pour les cellules saines, c’est donc un parfait atout de ce traitement . Ces nanovecteurs peuvent donc reconnaître et différencier un tissu sain d'un tissu cancéreux, ne se fixer que sur ce dernier et libérer le médicament de telle sorte qu'il ne détruise que les cellules cancéreuses. On appelle ce système « l'adressage moléculaire ».

Autres types de vecteurs

Les bagues lipidiques sont fabriquées sur des nanotubes de carbone qui servent de support à leur fabrication. Elles sont en or, métal qui leur donne la capacité de ne pas être considérées comme corps étranger par le système immunitaire. Ces bagues sont ensuite injectées dans le sang. De la même manière que les liposomes, ces bagues sont recouvertes de la vitamine B9 permettant un adressage moléculaire similaire. Lorsqu'elles sont arrivées au niveau des cellules tumorales, on provoque un champ magnétique puissant qui entraîne l'échauffement des nanoparticules permettant progressivement la destruction de la tumeur.

Le squalène est un lipide naturel et biocompatible qui se transforme en pelote compacte et dont le volume est divisé par dix au contact de l'eau. Le CNRS a réussi à coupler une molécule de squalène à une molécule médicamenteuse utilisée contre le cancer et a obtenu de la même manière une pelote compacte dans le sang. Cette solution permettrait des traitements plus efficaces et moins toxiques d'après les laboratoires. Ce principe n'a pas encore été testé sur les hommes mais les essais sur les souris sont très prometteurs.

Limites

Les limites des nanotechnologies dans la médecine s'arrêtent aux dangers que peuvent poser les nanocapsules dans l'organisme d'une personne X. Certains produits ont déjà été écartés, et ceux qui sont commercialisés et donc testés ne montrent pas encore de signe de danger. Cependant certains problèmes pourront toucher une minorité de la population. Il est difficile de prouver actuellement qu'ils présentent un danger pour notre espèce. Les scientifiques se posent aussi la question de l'éthique. La vectorisation de médicaments dans un but diagnostic ou dans le cadre d'un traitement pourrait être réalisée sans assistance de médecin remettant en cause le rôle du médecin généraliste. Certains produits proposent déjà une modification des gènes ce qui n'est pas éthiquement acceptable puisque certaines personnes pourraient détourner leur usage.

Propos recueillis auprès de M. Christophe Vieu, Professeur à l'INSA de Toulouse.

Modélisation

Pour mieux comprendre et mieux définir le principe des nanocapsules, nous pouvons réaliser une modélisation.

La plupart des nanovecteurs sont qualifiés de liposomes car ce sont des corps gras. Or les corps gras sont non miscibles à l'eau : ils sont hydrophobes. Cependant, couplé à un polymère hydrophile, un corps gras peut être mélangé avec de l'eau.

Bécher rempli de 50 mL d'huile d'olive.

Bécher rempli de 50 mL d'eau distillée.

Cette modélisation consiste à mélanger de l'huile et de l'eau à l'aide de lécithine de soja. La lécithine est un polymère hydrophile qui modélise la capsule. L'huile qui est un corps gras représente le médicament et l'eau représente le sang, milieu dans lequel évolue la nanocapsule, milieu aqueux.

Mélange d'huile et d'eau avec un agitateur électronique.

Mélangeons tout d'abord l'huile et l'eau.

Mélange d'huile et d'eau.

Nous obtenons deux phases distinctes : la phase inférieure est l'eau et la phase supérieure l'huile, sa masse volumique étant inférieure à celle de l'eau.

Ensuite ajoutons à ce mélange de la lécithine de soja.

On ajoute de la lécithine de soja.

Mélange homogène formé par la lécithine de soja, l'huile et l'eau.

Nous mélangeons ces deux phases et nous obtenons un mélange homogène : nous remarquons les billes d'huiles caractéristiques du gras qui sont mélangées dans l'eau. C'est une émulsion.

La lécithine de soja a donc bien "emprisonné" les molécules d'huile.

Nous avons donc bien modélisé des nanovecteurs : les molécules d'huile qui représentent les corps gras au sein de la nanocapsule sont enrobées et protégées par un polymère hydrophile représenté par la lécithine de soja. Cette association a désormais la propriété physique d'être hydrophile.

Présence de bulles de graisse caractéristiques de l'huile au milieu du mélange. C'est donc un mélange homogène.