Afin d’améliorer les techniques de radiothérapie, plusieurs études se sont intéressées à l’ajout de nanoparticules, notamment pour traiter certaines tumeurs agressives comme les gliobastomes (tumeur du cerveau la plus répandue). Reste néanmoins la difficulté de localiser précisément ces particules à l’intérieur des cellules. Jusqu’à présent la technique consistait à utiliser des marqueurs fluorescents pour suivre le chemin des nanoparticules. Problème, ces marqueurs peuvent influencer directement leur localisation, biaisant alors l’étude. Une équipe de l’Institut des Sciences Moléculaire d’Orsay (UMR 8214 UPSud-CNRS) viennent de proposer une combinaison de techniques localisées à l’Institut Curie (Orsay) et sur la ligne DISCO du synchrotron SOLEIL (Gif/Yvette) permettant de suivre la position de nanoparticules non marquées (synthétisées par des chercheurs de l’Institut Lumière Matière de Lyon 1), utilisées pour amplifier la destruction de cellules de tumeurs d’origine humaine. Les résultats sont publiés dans la revue Cancer Nanotechnology.
Pour combattre certaines tumeurs très agressives, la radiothérapie reste un traitement fréquemment utilisé : les rayonnements (X, gamma ou ions) ciblent les tumeurs pour les détruire– avec le risque de dégâts collatéraux sur des cellules saines voisines Afin d’optimiser ces radiothérapies, la communauté scientifique s’intéresse depuis longtemps aux effets des nanoparticules (NP). Celles-ci sont utilisées soit en diagnostic, soit en thérapie car leur présence dans les cellules augmente l’effet de l’irradiation. Mais l’entrée, la localisation exacte et le mécanisme d’action des NP dans les cellules tumorales restent souvent mal connus. Pour la première fois, une équipe a utilisé la microscopie par rayonnement UV profond (SR-DUV) proposée au synchrotron SOLEIL sur la ligne de lumière DISCO dans le but d’améliorer la compréhension de ces différents processus. Les chercheurs ont observé des cellules de glioblastome humain en présence de nanoparticules composées de Gadolinium (GdBN), reconnues pour leur efficacité en diagnostic et thérapie, mais aussi leur faible toxicité. Sans avoir besoin de marquer les NP en surface, la technique a permis de localiser les nanoparticules dans les cellules grâce à leur autofluorescence. Celles-ci sont localisées dans le cytoplasme mais pas dans le noyau. Ces résultats sont concordants avec ceux obtenus par microscopie confocale sur des NP marquées. Cette dernière technique a permis de préciser la localisation des NP dans certains organites du cytoplasme : elles se concentrent dans les lysosomes, et sont absentes des mitochondries. La microscopie électronique par transmission a quant à elle donné des informations sur le mécanisme d’entrée des NP –non marquées- dans les cellules : il s’agit de l’endocytose.
Figure 1 : Visualisation de la localisation des nanoparticules de Gd dans les cellules de glioblastome par microscopie SR-DUV. L’autofluorescence des GdBN permet de les suivre dans leur état natif, sans marquage ou coloration, de leur entrée dans la cellule à leur « stockage » dans le cytoplasme.
Enfin, des mesures spécifiques sous rayonnement gamma ont montré que la présence des NP GdBN dans les cellules de glioblastome augmente fortement leur destruction. Les chercheurs ont comparé des échantillons avec ou sans GdBN, et il s’est avéré que l’effet des radiations était améliorée de 23% en présence des NP. Cette amplification semble liée à des perturbations des lysosomes des cellules qui ont intégré les NP, et non au processus respiratoire des cellules puisque les NP n’entrent pas dans les mitochondries. A noter que les études de microscopie SR-DUV ont permis de montrer que l’absorption des NP est hétérogène d’une cellule à l’autre ; ce phénomène est particulièrement intéressant et sa compréhension permettrait d’améliorer le protocole combinant irradiation et ajout de NP.
Au final, la combinaison de techniques de microscopie employées par l’équipe constitue une approche unique pour observer l’internalisation de NP natives (sans marqueurs) dans les cellules humaines et mieux comprendre l’effet des nanoparticules comme amplificateur dee effets de la radiothérapie.
Figure 2 : Fraction de cellules de tumeur survivantes en fonction de la dose de rayons gamma reçue. En noir les cellules sans GdBN, et en rouge celles avec GdBN, avec une échelle logarithmique.