Des chercheurs russes inventent une nanoélectrode pour mesurer l'effet des chimiothérapies

Les scientifiques de l'Université nationale de recherche et de technologie MISiS ont trouvé, en collaboration avec leurs collègues de l'Université d'Etat Lomonossov de Moscou, le Centre national de recherche "Institut Kourtchatov", l'Université russe de technologie chimique Mendeleïev, le Collège impérial de Londres et l'Université de Kanazawa, un moyen d'analyser la toxicité des nanomatériaux dans les cellules vivantes à l'aide d'une nanoélectrode de leur propre conception. Elle leur permettra d'analyser immédiatement la toxicité des médicaments chimiothérapeutiques lors du traitement des cancers, et aidera ainsi à préciser le pronostic de survie. La mise au point de la nanoélectrode sera également importante pour les essais précliniques des médicaments car elle permettra d'analyser des cellules vivantes isolées sans utiliser d'animaux de laboratoire. Les résultats de cette étude ont été publiés par la revue Scientific Reports.

Jusqu'à récemment, aucun moyen ne permettait de mesurer la toxicité à l'intérieur d'une cellule sans la détruire. L'équipe internationale de chercheurs, avec la participation de l'Université MISiS, a décidé de créer un tel procédé en utilisant des nanocapillaires, habituellement employés dans la microscopie électronique à balayage. Ils ont modernisé le nanocapillaire en le remplissant de carbone et en appliquant du platine au bout de celui-ci. Le nanocapillaire s'est ainsi transformé en nanoélectrode permettant d'ausculter les cellules mais aussi de pénétrer à l'intérieur à travers une ponction microscopique qui se ferme immédiatement après l'évacuation de la nanoélectrode.

La nanoélectrode a été testée à plusieurs reprises et a montré que l'on pouvait ainsi mesurer la concentration en DRO (dérivés actifs de l'oxygène), le taux de PH, d'ATP (adénosine triphosphate) et la concentration de glucose et d'ions de cuivre. Cependant, l'éventail d'emploi de cette méthode est beaucoup plus large. Elle permet, entre autres, d'établir la concentration de toxines lors de l'action de n'importe quel médicament sur les cellules vivantes. La nouvelle méthode a notamment été testée pour mesurer la toxicité des nanoparticules magnétiques dont l'emploi clinique a été autorisé, y compris pour la chimiothérapie.

Les nanoparticules magnétiques sont largement employées dans l'acheminement ciblé de médicaments et comme agents de contraste pour la scanographie à résonance magnétique, l'hyperthermie (le "brûlage" des tumeurs de l'intérieur) et la thérapie à radionucléides utilisant le champ magnétique. Les scientifiques doivent juger si l'emploi croissant de ce genre de particules peut ou non porter préjudice au patient. C'est pourquoi il importe d'élaborer les méthodes qui pourraient assurer une analyse à haut débit des réactions biologiques et permettre d'établir un pronostic de toxicité.

On sait que les nanoparticules magnétiques provoquent l'apparition de dérivés actifs de l'oxygène à l'intérieur des cellules — les ions d'oxygène, radicaux libres et peroxydes qui apparaissent dans le cadre des réactions métaboliques naturelles ou sous l'effet des rayonnements ionisants. La concentration élevée de DRO dans la cellule conduit en règle générale à un "stress oxydatif" et à l'endommagement de celle-ci par l'oxydation. Cela veut dire que la hausse de la concentration en DRO intracellulaires compte parmi les premiers signes annonciateurs de la toxicité des cellules. L'Université MISiS a profité de cet effet pour évaluer la toxicité des nanoparticules magnétiques en mesurant les dérivés actifs de l'oxygène.

"Nous avons élaboré une sonde stable à partir des nanoélectrons carboniques recouverts d'une couche catalytique de platine pour mesurer les DRO intracellulaires. La sensibilité de la méthode élaborée se distingue considérablement des mesures des DRO faisant appel aux méthodes standard: les anciennes technologies ne permettent pas de voir la différence appropriée entre les DRO", explique à RIA Novosti l'un des auteurs de l'étude, Aleksandr Ierofeïev, chercheur principal au laboratoire des nanomatériaux biomédicaux de l'Université MISiS.

D'après les auteurs, les résultats de l'emploi de cette méthode montrent la différence substantielle qui existe entre les concentrations de DRO intracellulaires mesurées dans les cellules cancéreuses avant et après l'application des nanoparticules d'oxyde de fer (d'une taile de dix nanomètres). Conclusion: la nouvelle méthode peut constituer la base de l'analyse immédiate pour tester l'effet de la chimiothérapie.

Les scientifiques soulignent l'importance et le caractère prometteur de l'utilisation des nanoélectrodes pour l'analyse. Selon eux, cela permettra de garantir une évaluation relativement rapide, sensible et économiquement efficace de la toxicité des nanoparticules par l'étude des cellules isolées.