Les nanoparticules multifonctionnelles à base de Ga combinent la photothérapie du cancer avec l’immunothérapie

Les métaux liquides (LM) tels que le gallium pur (Ga) et les alliages à base de Ga constituent une nouvelle classe de matériaux aux propriétés physicochimiques uniques. L’une des applications les plus importantes des LM est la thérapie photothermique contre le cancer, dans laquelle des nanoparticules fonctionnelles de LM convertissent l’énergie lumineuse en énergie thermique, tuant ainsi les cellules cancéreuses. La photothérapie à base de LM est supérieure à la thérapie anticancéreuse traditionnelle en raison de sa grande spécificité, de sa répétabilité et de ses faibles effets secondaires.

Dans une nouvelle étude de pointe, le professeur agrégé Eijiro Miyako et ses collègues du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) ont synthétisé des nanoparticules multifonctionnelles à base de Ga qui combinent la photothérapie du cancer avec l’immunothérapie. La nouvelle nanoparticule LM synthétisée (PEG-IMIQ-LM) contient un alliage LM eutectique de gallium-indium (EGaIn) et un modulateur immunologique imiquimod (IMIQ), tous deux intégrés dans un tensioactif biocompatible DSPE-PEG₂₀₀₀-NH₂. Les résultats détaillés de leur étude ont été publiés dans Matériaux fonctionnels avancés.

Nous pensons que la convergence de l’ingénierie nano-immunologique et de la technologie LM pourrait fournir une modalité prometteuse pour déclencher des réponses immunitaires idéales pour faire progresser l’immunothérapie contre le cancer. Dans cette étude, nous rapportons des nanoparticules LM multifonctionnelles activables par la lumière avec des immunostimulants pour combiner la thérapie photothermique avec l’immunothérapie.”

Eijiro Miyako, professeur associé, Japan Advanced Institute of Science and Technology

Le Dr Miyako discute de la motivation de l’équipe à mener cette étude.

Tout d’abord, l’équipe de recherche a préparé des nanoparticules LM dispersibles dans l’eau grâce à un simple processus de sonication en une étape utilisant DSPE-PEG₂₀₀₀-NH₂ pour présenter IMIQ. Ceci est considéré comme une énorme percée, car EGaIn LM est par nature un matériau non miscible à l’eau. D’autres investigations ont confirmé que LM se désintègre pour assurer la livraison IMIQ à la cible. De plus, la nanoparticule préparée a affiché une augmentation linéaire de l’absorbance dans la région du proche infrarouge (NIR) à 808 nm, confirmant sa nature optiquement activable.

Lorsque la solution aqueuse de la nanoparticule LM a été irradiée par le laser NIR (808 nm), l’équipe a observé une augmentation notable de la température de la solution, qui était proportionnelle à l’augmentation de la concentration en nanoparticules. Ces découvertes ont confirmé que la nanoparticule PEG-IMIQ-LM était un support de médicament photothermique robuste et stable, adapté à l’immunothérapie.

D’autres expériences ont révélé que les nanoparticules de LM étaient extrêmement sûres et ne provoquaient pas de cytotoxicité dans les cellules de fibroblastes humains (MRC5) et de cancer du côlon de souris (Colon26). Pour évaluer le degré d’internalisation et de distribution des particules, un colorant fluorescent connu sous le nom de vert d’indocyanine (ICG) a été introduit dans la particule par sonication résultant en une particule PEG-ICG-IMIQ-LM. La microscopie fluorescente (FL) équipée d’un faisceau laser a démontré que la particule LM présentait une forte fluorescence à différentes longueurs d’onde NIR et détruisait immédiatement les cellules Colon26. Ainsi, les particules LM pourraient non seulement délivrer efficacement l’immunomodulant, mais pourraient également permettre leur suivi en temps réel et éliminer des cellules cancéreuses spécifiques.

Enfin, l’équipe a développé un nanostimulateur immunitaire LM à multiples facettes pour le théranostic du cancer. Pour ce faire, ils ont ajouté un anticorps anti-mort programmée ligand-1 (Anti-PD-L1), l’un des inhibiteurs de point de contrôle immunitaire les plus prometteurs, à la nanoparticule de LM fluorescente existante. La particule modifiée, Anti-PD-L1‒PEG-ICG-IMIQ-LM, a été dispersée efficacement avec une fluorescence significative. Avec l’augmentation du temps après l’irradiation, la température de surface de la tumeur a augmenté de manière linéaire, indiquant l’effet antitumoral de la nanoparticule.

L’ajout d’Anti-PD-L1 sur la nanoparticule a permis la liaison de la particule LM à PD-L1 sur les cellules cancéreuses, les marquant pour la phagocytose par les macrophages et les cellules dendritiques (DC). Les particules anti-PD-L1-PEG-IMIQ-LM induites par laser ont présenté l’élimination du cancer la plus élevée et la plus complète, ainsi qu’une guérison et une récupération plus rapides.
De plus, lorsque la tumeur a récidivé, les souris traitées avec des particules anti-PD-L1-PEG-IMIQ-LM induites par laser ont affiché une efficacité antitumorale soutenue et une survie prolongée.

Tout en discutant des implications futures de l’étude, le Dr Miyako réfléchit : “Nous pensons que ces effets immunologiques synergiques et ces nanofonctions optiques des LM ont de larges applications thérapeutiques et pourraient contribuer à des technologies théranostiques innovantes contre le cancer.. Nous espérons que cette technologie sera disponible pour des essais cliniques dans 10 ans.”

Nous avons hâte de voir comment les découvertes de l’équipe contribueront à des traitements nouveaux et efficaces contre le cancer.