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Les 10 découvertes de l'année 2011

[10] Des médicaments téléguidés

NANOMÉDECINE École polytechnique Montréal

Des chercheurs ont réussi à diriger de minuscules billes médicamenteuses jusqu’au centre d’une tumeur en passant par le circuit sanguin. Une invention qui devrait un jour faciliter le traitement de plusieurs cancers.

Par Bouchra Ouatik

Pendant près de trois décennies, Sylvain Martel a vogué au large des côtes canadiennes. À bord des navires de la Marine, il a guetté les contrebandiers, signalé les accidents en mer et effectué des missions de sauvetage. Dès l’âge de 17 ans, il partait en expédition presque tous les mois, ce qui ne l’a pas empêché de faire carrière comme chercheur scientifique. «La Marine a toujours été mon passe-temps», explique ce diplômé en génie électrique, qui dirige depuis une dizaine d’années le laboratoire de nanorobotique de l’École polytechnique de Montréal.
Désormais retraité des Forces, le chercheur de 52 ans n’a pas pour autant perdu son goût pour la navigation. Il pilote toutefois un autre type d’embarcations: de minuscules billes chargées de médicaments, qui suivent le flux sanguin pour s’attaquer aux tumeurs cancéreuses.

NANOMÉDECINE École polytechnique Montréal«Lorsqu’on injecte un médicament anticancéreux, seulement 1% ou 2% de la dose atteint réellement la tumeur», explique le professeur Martel. Le reste s’éparpille dans le corps en endommageant les cellules saines. Les effets secondaires sont si pénibles qu’un grand nombre de patients ne peuvent pas recevoir le traitement.

Le chercheur a donc voulu trouver une façon de téléguider le médicament directement vers sa cible. L’exploit faisait rêver depuis 1966, année où est sorti le film de science-fiction Le voyage fantastique, dans lequel des médecins envoyaient un sous-marin miniature détruire un caillot de sang dans le cerveau d’un patient. «L’idée était bonne, mais personne ne savait comment faire», dit-il.

L’ingénieur a longtemps réfléchi à un moyen pour contrôler à distance des «nanorobots» dans le corps. Et il a trouvé! En 2001, l’idée lui est venue d’utiliser le puissant champ magnétique des appareils d’imagerie par résonance magnétique (IRM) afin de guider de minuscules billes métalliques dans le système sanguin. Quand une personne entre dans l’une de ces machines, son corps est entouré d’un énorme aimant et d’une série de bobines métalliques. En faisant passer un courant électrique dans les bobines, on peut faire varier l’intensité du champ magnétique et l’utiliser comme force de propulsion pour déplacer des particules dans le corps, un peu comme un aimant peut faire bouger un trombone à papier.

Sauf que les appareils d’IRM sont conçus pour faire de l’imagerie médicale et rien d’autre. Les fabricants ne prévoyaient pas qu’on puisse s’en servir pour déplacer quoi que ce soit. Qu’à cela ne tienne, le chercheur suit son intuition. «Il faut parfois oser désobéir aux règlements. C’est peut-être parce que personne n’a été assez rebelle qu’on n’avait pas trouvé la solution avant moi», lance-t-il, un peu espiègle.

En 2006, Sylvain Martel conçoit un programme informatique pour contrôler le courant électrique qui alimente chaque bobine de l’appareil d’IRM. Il arrive ainsi à déplacer une bille en acier de haut en bas, de gauche à droite ou de l’avant vers l’arrière, pour la guider dans le flux sanguin. Selon ses calculs, la force magné­tique exercée devrait suffire à pousser la bille, grosse comme la pointe d’un stylo, dans l’artère carotide d’un porc installé au centre de l’appareil. Toutefois, malgré de nombreuses tentatives, la bille reste  immobile. «Notre dernier cochon n’en avait plus que pour deux minutes à vivre, se souvient-il. L’avenir de notre labo­ratoire se jouait sur cette expérience. Et la bille ne voulait pas bouger.» À la dernière minute, tout débloque. Le professeur Martel et son équipe deviennent les premiers au monde à contrôler un «robot» à l’intérieur d’un organisme vivant!

Cette démonstration accomplie, le chercheur passe à l’étape suivante, soit incorporer un médicament à sa bille. Il choisit de s’attaquer au cancer du foie, maladie qui emporte les deux tiers des personnes atteintes. Comme cet organe est riche en vaisseaux sanguins, la navigation y est plus facile. De plus, la pharmacologie offre une molécule idéale pour sa recherche: la doxorubicine. Les médecins utilisent ce puissant traitement anticancéreux pour allonger la vie du patient quand sa tumeur n’est pas opérable. À l’aide d’un cathéter, ils injectent ce médicament dans l’artère qui mène au foie. Immédiatement après, ils injectent des microbilles qui viennent boucher de façon temporaire les vaisseaux sanguins qui alimentent la tumeur. Une manoeuvre qui permet d’augmenter l’efficacité du médicament, en l’empêchant d’être «lavé» par le flux sanguin. C’est ce qu’on appelle la chimio-embolisation.

La doxorubicine est malheureusement aussi toxique qu’efficace. «Elle s’attaque à toutes les cellules qui se multiplient, cancéreuses ou saines. Elle se retrouve alors dans plusieurs autres organes», résume Sylvain Martel. Mais peut-être serait-elle mieux tolérée si on pouvait l’administrer directement au cœur de la tumeur. Le chercheur confie alors à son étudiant au doctorat, Pierre Pouponneau, la tâche de concevoir des billes magnétiques qui rempliront une double mission : mener le médicament jusqu’à sa cible grâce à l’appareil d’IRM, tout en obstruant les vaisseaux nourrissant la tumeur.

Pierre Pouponneau a mis quatre ans à concevoir le dispositif, sous la supervision du professeur Martel et de Jean-Christophe Leroux, biochimiste à l’Université de Montréal. Il y avait en effet plusieurs contraintes à respecter. «Si la bille est trop grosse, elle ne se rend pas dans les vaisseaux sanguins. Si elle est trop petite, le champ magnétique n’agit plus suffisamment pour la contrôler. Elle risque alors de sortir du foie et d’atteindre un autre organe», explique l’étudiant au doctorat. Après de longues recherches, il trouve la taille idéale: 50 micromètres, environ le diamètre d’un cheveu humain.

Par ailleurs, la bille doit être composée d’un matériau qui réagit efficacement au champ magnétique tout en n’étant pas trop nocif pour le corps humain. Pierre Pouponneau choisit d’utiliser des nanoparticules de fer-cobalt, qu’il recouvre de graphite pour les protéger de l’oxydation. Finalement, il encapsule ces nanoparticules magnétiques avec les molécules de doxorubicine dans une enveloppe de polymère biodégradable. Le tout se dégrade sur une période de un mois, ce qui libère progressivement le médicament.

Ces billes appelées TMMC (pour Therapeutic Magnetic MicroCarriers, ou micro-transporteurs magnétiques thérapeutiques.) sont au point, vers la fin de 2010. Alors l’équipe du professeur Martel procède aux tests sur le foie de lapins vivants. Elle obtient d’abord la cartographie des vaisseaux sanguins de chaque animal grâce à l’appareil d’imagerie médicale. Cela lui permet de programmer précisé­ment la trajectoire qui sera imposée aux microbilles par le champ magnétique. Ensuite, un médecin injecte les TMMC, à l’aide d’un cathéter, dans l’artère qui mène au foie. Puis la mission téléguidée com­mence. Le chercheur parvient à déplacer ces billes dans les vaisseaux sanguins à la vitesse de 30 cm par seconde jusqu’à l’endroit voulu, soit le lobe droit ou le lobe gauche du foie. Ses résultats démontrent que le médicament se libère dans le lobe choisi sans fuir dans les régions avoisinantes.

Cette première mondiale est publiée en 2011 dans la prestigieuse revue Biomaterials. Sylvain Martel a déjà obtenu un brevet pour ses travaux, et plusieurs autres demandes sont en cours d’étude. «Il existe des agents très efficaces contre le cancer qu’on ne peut pas utiliser en ce moment parce qu’ils sont trop nocifs pour le patient. On pourrait les utiliser avec un traitement ciblé», explique Sylvain Martel. Le chercheur travaille déjà sur un autre traitement pour le cancer colorectal et espère un jour s’attaquer au cancer du cerveau, l’un des plus difficiles à traiter. Il lui reste encore quelques années de travail avant que sa technologie ne soit prête à être utilisée dans les hôpitaux, mais la preuve est faite qu’il est désormais possible d’aller traquer le cancer à l’endroit exact où il se cache.

Ont aussi participé à l’étude: Gilles Soulez et Louis Gaboury

Illustration: Katy Lemay





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