Des chercheurs de l'Université de Virginie sont les premiers à utiliser des ultrasons focalisés pour défier la barrière protectrice du cerveau afin que les médecins puissent enfin administrer de nombreux traitements directement dans le cerveau pour combattre les maladies neurologiques.
L'approche, espèrent les chercheurs, pourrait révolutionner le traitement de conditions allant de la maladie d'Alzheimer à l'épilepsie en passant par les tumeurs cérébrales – et même aider à réparer les dommages dévastateurs causés par un accident vasculaire cérébral.
Richard J. Price, PhD, de l'École de médecine et de l'École d'ingénieurs de l'UVA, utilise des ondes sonores ciblées pour surmonter la «barrière hémato-encéphalique» naturelle, qui protège le cerveau contre les agents pathogènes nocifs. Son approche vise à franchir la barrière uniquement lorsque cela est nécessaire, et uniquement lorsque cela est nécessaire, puis à fournir des traitements d'une manière extrêmement précise.
La barrière hémato-encéphalique est l'un des plus grands, sinon le plus grand, défi à la délivrance de médicaments pour le système nerveux central, Evolution nous a donné cette barrière parce que le système nerveux central doit être protégé. Le problème est maintenant que nous voulons fournir quelque chose à ces cellules et l'évolution a eu des millions et des millions d'années pour optimiser une solution pour l'arrêter. … Alors j'essaye de contourner la biologie avec la physique. «
Richard J. Price, PhD, École de médecine et École d'ingénierie, University of Virginia Health System
L'échographie focalisée concentre les ondes sonores à l'intérieur du cerveau, tout comme une loupe peut concentrer la lumière, permettant aux médecins de manipuler les tissus sans couper dans le crâne.
L'imagerie par résonance magnétique (IRM), quant à elle, leur permet de regarder ce qui se passe à l'intérieur du cerveau en temps réel. Alors que Price, un ingénieur biomédical, développe ses techniques en laboratoire, les médecins utilisent déjà la technologie pour traiter des conditions telles que les tremblements de Parkinson.
Le prix s'émerveille de la spécificité de l'approche. « Avec l'IRM, nous pouvons regarder la cible, que ce soit une tumeur cérébrale ou peut-être une partie du cerveau sur laquelle nous voulons faire de la thérapie génique, et nous pouvons la sélectionner – nous pouvons réellement faire un plan de traitement et dire, nous seulement veulent ouvrir la barrière (sang-cerveau) là-bas. Les autres 95% du cerveau, nous ne les touchons même pas « , a déclaré Price, directeur de la recherche au Centre d'échographie focalisé d'UVA.
« Ensuite, lorsque nous appliquons l'échographie focalisée, cela ouvre la barrière pendant quelques heures. Cela nous permet de faire passer la thérapie génique, puis elle se ferme naturellement. »
La thérapie génique introduite par échographie focalisée reprogrammerait essentiellement les cellules défectueuses.
Pour les tumeurs cérébrales, Price explore le potentiel de l'utilisation des ultrasons focalisés pour fournir une thérapie génique via des «nanoparticules à pénétration profonde».
Les nanoparticules, conçues par les collaborateurs de Price à l'Université Johns Hopkins, « sont spécifiquement conçues pour pénétrer extrêmement bien dans les tissus », a-t-il déclaré. Le problème a été de les transporter là où ils sont nécessaires, souvent profondément à l'intérieur du cerveau, et Price dit que l'échographie focalisée détient la réponse.
Sa solution consiste à utiliser les ondes sonores focalisées pour ouvrir des espaces entre les cellules du tissu. « Cela ne nous aide pas si vous ne pouvez pas accéder au neurone qui est à 50 microns », a-t-il déclaré. « Cela devient donc un problème de transport technique. »
En plus de délivrer la thérapie, l'échographie focalisée peut « pré-conditionner » le tissu ciblé pour améliorer l'efficacité de la livraison du gène jusqu'à cinq fois, a constaté Price. Le préconditionnement représente une « stratégie simple et efficace » pour augmenter les avantages des nanoparticules, lui et ses collègues rapportent dans un article scientifique.
Pour l'AVC, une condition souvent débilitante lorsqu'elle n'est pas mortelle, Price vise à aider le cerveau à se guérir. Il le ferait en utilisant des ultrasons focalisés pour placer des «molécules homing» dans les zones endommagées afin de recruter des cellules souches neurales pour effectuer des réparations. Pour cela, son équipe a développé une technique innovante appelée «transfection sonosélective» qui évite d'ouvrir les barrières hémato-encéphaliques dans des cerveaux déjà compromis.
« Avec l'AVC, il y a beaucoup d'efforts pour essayer de récupérer autant de tissu neuronal que possible en faisant des choses comme la thérapie génique », a-t-il déclaré. « Dans notre laboratoire, nous avons pensé, eh bien, peut-être que nous pourrions fournir un traitement directement aux cellules qui en ont besoin, sans briser la barrière hémato-encéphalique. Et mes étudiants ont essentiellement compris comment faire cela. »
Cette notion d'aider le corps à se guérir, d'utiliser des ultrasons focalisés pour activer une réponse immunitaire, pourrait également être utile dans les traitements contre le cancer.
« Nous aimerions pouvoir mettre quelque chose dans ces cellules (tumorales) qui leur permettra ensuite de commencer à recruter des cellules immunitaires dans la tumeur », a-t-il déclaré. « Nous avons beaucoup de preuves que nous pouvons faire des choses intéressantes avec l'échographie focalisée en ce qui concerne le paysage interne de ces tumeurs. »
Price, du Département de génie biomédical de l'UVA, souligne que son travail est encore précoce, mais il est ravi de créer de nouvelles techniques qui pourraient changer le nombre de maladies majeures traitées dans un avenir pas trop lointain.
« Nous avons obtenu de bons résultats (avec la recherche) jusqu'à présent. Mais ce qui m'enthousiasme en tant qu'ingénieur, ce sont tous ces outils que nous avons créés », a-t-il déclaré. « Vous pouvez utiliser ces outils pour toutes ces différentes applications. Nous pensons qu'il existe de nombreuses possibilités vraiment intéressantes. »
La source:
Système de santé de l'Université de Virginie
Référence de la revue:
Curley, C.T. , et al. (2020) L'augmentation du flux interstitiel des tumeurs cérébrales par ultrasons focalisés favorise la dispersion et la transfection des nanoparticules pénétrant le cerveau. Avancées scientifiques. doi.org/10.1126/sciadv.aay1344.
