Le traitement efficace des tumeurs cérébrales reste un défi. L'ablation chirurgicale est souvent la meilleure option, mais l'incapacité d'éliminer entièrement toutes les cellules cancéreuses peut entraîner une récidive et des métastases. Les champs de traitement des tumeurs (TTF), qui utilisent des champs électriques alternatifs pour interrompre la capacité des cellules cancéreuses à se diviser, constituent une nouvelle option potentielle de traitement pour les tumeurs cérébrales. Pour les patients atteints de glioblastome, les TTF sont délivrés après une résection chirurgicale et la fin de la chimiothérapie et de la radiothérapie. Des essais cliniques ont montré que cette technique peut considérablement prolonger la survie de certains patients.
Les dispositifs TTF commercialement approuvés en usage clinique sont cependant difficiles à utiliser. Les patients au crâne rasé portent un dispositif en forme de capuchon contenant des réseaux de transducteurs qui délivrent les TTF au cerveau pendant 18 heures par jour recommandées, pendant un nombre de jours prescrit. Le capuchon est utilisé avec un générateur de champ électrique, une source d'alimentation et un câble de connexion.
Des chercheurs de la province chinoise du Guangdong ont développé une alternative prometteuse : un dispositif implantable de traitement des tumeurs alimenté par ultrasons (UP-TTD). Le système TTF sans fil de la taille d’une puce pourrait présenter d’énormes avantages, en facilitant le traitement pour les patients et en réduisant potentiellement les coûts.
Le chercheur principal Bingzhe Xu, de Université de Sun Yat-sen à Shenzhen, et des co-chercheurs ont testé avec succès l'UP-TTD in vitro avec des cellules cancéreuses humaines et in vivo avec des rats de laboratoire. Écrire dans Science Advances, ils notent que le dispositif a inhibé le taux de croissance des cellules tumorales humaines d'environ 58 % et a réduit la taille des tumeurs malignes dans le cerveau des rats de 78 % par rapport aux témoins.
Arrêt du cycle cellulaire
Les TTF agissent en perturbant la mitose, le processus de division cellulaire, qui se produit plus fréquemment dans les cellules cancéreuses que dans les cellules saines. Les TTF n'affectent pas les cellules neurales normales, mais agissent plutôt sur des protéines spécifiques hautement chargées dans les cellules cancéreuses qui sont essentielles à la division cellulaire, ralentissant ainsi la croissance tumorale et sa capacité à se propager.
Pour créer leur dispositif implantable, Xu et ses collègues ont intégré tous les composants dans une seule puce à membrane flexible d'une épaisseur inférieure à 500 µm, capable de s'adapter aux surfaces irrégulières à l'intérieur du cerveau. Le composant principal est un convertisseur d’énergie ultrasonique sans fil qui couple les vibrations mécaniques ultrasoniques avec un générateur triboélectrique pour convertir l’énergie mécanique en énergie électrique. L'UP-TTD est emballé dans une fine couche de matériau biocompatible pour la biosécurité et est conçu pour maintenir un rendement stable dans diverses conditions environnementales.
Lors d'une excitation ultrasonore externe, l'UP-TTD génère un champ électrique alternatif réglable. Pour la sécurité des patients, l'équipe recommande une densité de puissance ultrasonore de 0.2 à 0.4 W/cm2 et des champs électriques à fréquence intermédiaire de 100 à 300 kHz.
Les chercheurs ont d’abord analysé l’impact de l’UP-TTD sur les cellules de glioblastome in vitro. Après 12 h d'exposition à l'UP-TTD, le taux de prolifération tumorale était significativement inhibé. Ils ont ensuite implanté le dispositif dans le cerveau de rats porteurs de tumeurs. Comparés aux animaux témoins n'ayant reçu aucun traitement, les rats traités présentaient des zones de cancer beaucoup plus petites, ce qui indique un effet inhibiteur significatif sur la tumeur. invivo.
Contrôle de sécurité
Des niveaux élevés d’énergie ultrasonore peuvent exercer des effets thermiques et mécaniques inattendus pouvant provoquer une nécrose, une apoptose et un comportement cellulaire anormal. Pour cette raison, les chercheurs ont enregistré les changements de température en temps réel après l'implantation du dispositif et dans un groupe témoin de rats porteurs de tumeurs traités uniquement par ultrasons. Aucun des cerveaux de rats des deux groupes n’a connu d’augmentation significative de la température et il n’y a eu aucune réponse inflammatoire au cours d’une période d’observation de 21 jours.
Un dispositif magnétique monté sur la tête réduit la tumeur cérébrale
En plus de réduire le besoin d'utiliser un équipement encombrant et de porter un capuchon, l'UP-TTD ne nécessite qu'une technique d'implantation mini-invasive. De plus, plusieurs dispositifs peuvent être implantés pour augmenter l’effet thérapeutique. Contrairement aux TTF traditionnels qui traitent la tête dans son ensemble, le dispositif implantable permet un volume contrôlable aussi petit que 1 cm3 – une résolution spatiale plus de 1000 fois meilleure que les techniques existantes. L'UP-TTD est compatible avec la plupart des appareils à ultrasons commerciaux, élargissant ainsi la faisabilité d'une application générale.
"Les résultats encourageants de l'UP-TTD soulèvent la possibilité d'une nouvelle modalité de traitement du cancer du cerveau", écrivent les auteurs. « Ce dispositif constitue non seulement une solution implantable sûre, efficace et fiable pour le traitement des tumeurs cérébrales, mais il offre également un nouvel espoir pour le sauvetage des patients atteints de tumeurs cérébrales. »
