La technologie sonore non invasive décompose les tumeurs, tue les cellules cancéreuses et stimule le système immunitaire

Le transducteur d’échographie d’histotripsie à 700 kHz et 260 éléments utilisé dans le laboratoire du professeur Xu. Crédit : Photo de Marcin Szczepanski/Conteur multimédia principal, Michigan Engineering

Les tumeurs partiellement détruites par le son ne reviennent pas

Une nouvelle technique mise au point chez le rat à l’Université du Michigan pourrait améliorer les résultats pour le cancer et les maladies neurologiques.

La technologie sonore non invasive développée à l’Université du Michigan décompose les tumeurs du foie chez les rats, tue les cellules cancéreuses et stimule le système immunitaire pour empêcher une nouvelle propagation – une avancée qui pourrait conduire à de meilleurs résultats en matière de cancer chez l’homme.

En détruisant seulement 50 à 75 % du volume de la tumeur hépatique, le système immunitaire des rats a pu éliminer le reste, sans signe de récidive ni de métastases chez plus de 80 % des animaux.

“Même si nous ne ciblons pas la totalité de la tumeur, nous pouvons toujours faire régresser la tumeur et également réduire le risque de métastases futures”, a déclaré Zhen Xu, professeur de génie biomédical à l’UM et auteur correspondant de l’étude sur les cancers.

Zhen Xu

Zhen Xu, professeur de génie biomédical à l’Université du Michigan, travaille dans son bureau. Les recherches du Dr Xu portent sur le développement d’une nouvelle technique d’échographie pour le traitement du cancer, des maladies cardiovasculaires et des maladies neurologiques. Elle et ses collègues ont développé l’histotripsie, une technique d’ablation par ultrasons par cavitation contrôlée. L’histotripsie est la première technique d’ablation guidée par l’image non invasive, non ionisante et non thermique. Le travail du Dr Xu s’étend de la science fondamentale, du développement de dispositifs, des investigations précliniques à la traduction clinique de l’histotripsie. Crédit : Photo de Marcin Szczepanski/Conteur multimédia principal, Michigan Engineering

Les résultats ont également montré que le traitement stimulait les réponses immunitaires des rats, contribuant peut-être à la régression éventuelle de la partie non ciblée de la tumeur et empêchant la propagation du cancer.

Le traitement, appelé histotripsie, focalise de manière non invasive les ondes ultrasonores pour détruire mécaniquement le tissu cible avec une précision millimétrique. La technique relativement nouvelle est actuellement utilisée dans un essai sur le cancer du foie humain aux États-Unis et en Europe.

Dans de nombreuses situations cliniques, l’intégralité d’une tumeur cancéreuse ne peut pas être ciblée directement dans les traitements pour des raisons telles que la taille, l’emplacement ou le stade de la masse. Pour étudier les effets de la destruction partielle des tumeurs par le son, cette dernière étude n’a ciblé qu’une partie de chaque masse, laissant derrière elle une tumeur intacte viable. Cela a également permis à l’équipe, comprenant des chercheurs de Michigan Medicine et de l’hôpital Ann Arbor VA, de montrer l’efficacité de l’approche dans des conditions moins qu’optimales.

Zhen Xu et Tejaswi Worlikar

Zhen Xu, professeur de génie biomédical à l’Université du Michigan (à gauche) et Tejaswi Worlikar, étudiant au doctorat en génie biomédical, discutent du transducteur à ultrasons à histotripsie de 700 kHz et 260 éléments qu’ils utilisent dans le laboratoire du professeur Xu. Crédit : Photo de Marcin Szczepanski/Conteur multimédia principal, Michigan Engineering

“L’histotripsie est une option prometteuse qui peut surmonter les limites des modalités d’ablation actuellement disponibles et fournir une ablation non invasive sûre et efficace des tumeurs du foie”, a déclaré Tejaswi Worlikar, doctorant en génie biomédical. “Nous espérons que les enseignements tirés de cette étude motiveront les futures enquêtes précliniques et cliniques sur l’histotripsie vers l’objectif ultime de l’adoption clinique du traitement par histotripsie pour les patients atteints d’un cancer du foie.”

Le cancer du foie se classe parmi les 10 principales causes de décès liés au cancer dans le monde et aux États-Unis. Même avec de multiples options de traitement, le pronostic reste sombre avec des taux de survie à cinq ans inférieurs à 18 % aux États-Unis. La prévalence élevée de récidive tumorale et de métastases après la le traitement met en évidence le besoin clinique d’améliorer les résultats du cancer du foie.

Là où une échographie typique utilise des ondes sonores pour produire des images de l’intérieur du corps, les ingénieurs de l’UM ont été les pionniers de l’utilisation de ces ondes pour le traitement. Et leur technique fonctionne sans les effets secondaires nocifs des approches actuelles telles que la radiothérapie et la chimiothérapie.

Transducteur mobile d'échographie d'histotripsie

Zhen Xu, professeur de génie biomédical à l’Université du Michigan (au centre) et Tejaswi Worlikar, étudiant au doctorat en génie biomédical (à droite) déplacent le transducteur d’échographie à histotripsie à 700 kHz et 260 éléments qu’ils utilisent dans le laboratoire du professeur Xu. Crédit : Photo de Marcin Szczepanski/Conteur multimédia principal, Michigan Engineering

“Notre transducteur, conçu et construit à l’UM, délivre des impulsions ultrasonores de haute amplitude d’une microseconde – cavitation acoustique – pour se concentrer sur la tumeur spécifiquement pour la briser”, a déclaré Xu. “Les appareils à ultrasons traditionnels utilisent des impulsions d’amplitude plus faible pour l’imagerie.”

Les impulsions longues d’une microseconde du transducteur de l’UM génèrent des microbulles dans les tissus ciblés, des bulles qui se dilatent et s’effondrent rapidement. Ces contraintes mécaniques violentes mais extrêmement localisées tuent les cellules cancéreuses et brisent la structure de la tumeur.

Référence : “Impact de l’histotripsie sur le développement des métastases intrahépatiques dans un modèle de tumeur du foie de rongeur” ​​par Tejaswi Worlikar, Man Zhang, Anutosh Ganguly, Timothy L. Hall, Jiaqi Shi, Lili Zhao, Fred T. Lee, Mishal Mendiratta-Lala, Clifford S. Cho et Zhen Xu, 22 mars 2022, Cancers.
DOI : 10.3390/cancers14071612

Depuis 2001, le laboratoire de Xu à l’UM a été le pionnier de l’utilisation de l’histotripsie dans la lutte contre le cancer, menant à l’essai clinique # HOPE4LIVER sponsorisé par HistoSonics, une société dérivée de l’UM. Plus récemment, les recherches du groupe ont produit des résultats prometteurs sur le traitement par histotripsie de la thérapie cérébrale et de l’immunothérapie.

L’étude a été soutenue par des subventions des National Institutes of Health, Focused Ultrasound Foundation, VA Merit Review, UM’s Forbes Institute for Discovery et Michigan Medicine-Peking University Health Sciences Center Joint Institute for Translational and Clinical Research.

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