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Nanomédecine et hadronthérapie

Utilisation des nanoparticules et hadronthérapie pour l’amélioration des traitements anticancéreux

Coordination du programme Marie Curie-ITN ARGENT 2014-17 « Advanced Radiotherapies Generated by Nanoprocesses and Techniques »

L’activité du groupe de l’ISMO porte sur l’étude des effets combinés de nanoparticules (NPs) et de l’irradiation par des faisceaux médicaux d’ions rapides (hadronthérapie : utilisation d’ions carbone ; protonthérapie : utilisation de protons).

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Motivation- amplification of the ion radiation effects in the tumor

L’hadronthérapie repose sur l’utilisation de faisceaux d’ions rapides pour irradier et détruire les tumeurs. Les ions, contrairement aux photons (utilisés en radiothérapie X conventionelle), permettent de déposer la majorité de l’énergie en fin de trace (pic de Bragg –Figure 1). Ceci permet d’éviter l’endommagement des tissus situés après la tumeur. Par ailleurs, les ions carbone sont trois fois plus efficaces que les photons. Cette méthode alternative est donc utilisée pour traiter des tumeurs parfois radiorésistantes situées dans des tissus sensibles comme le cerveau, le cou et l’œil, ainsi que les tumeurs chez l’enfant. Une limitation majeure de l’hadronthérapie reste le dépôt de dose qui est généré dans les tissus sains situés avant la tumeur.

L’association de nanoparticules pour améliorer les performances de l’hadronthérapie est une nouvelle stratégie développée par le groupe. En particulier l’ajout dans la tumeur de nanoparticules de Z élevé (platine, or ou gadolinium) permet d’augmenter l’efficacité locale du rayonnement ionique (Figure 1). Par ailleurs, l’utilisation de nanoparticules actives en IRM permet d’envisager une amélioration à la fois du traitement et du diagnostic de la tumeur (théranostic).

Le groupe combine des méthodes expérimentales visant à quantifier et classifier les produits et protocoles, ainsi qu’à comprendre les mécanismes tant moléculaires que cellulaires qui sont mis en jeu dans le but d’en prédire et contrôler les effets.

Ses travaux portent sur :

  • Etude des effets combinés NPs/irradiation sur la mort cellulaire (Figure 2) ;
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    amplification of radiation effects in cells
    from Porcel et al, Nanomedicine : Nanotechnology, biology and nanomedicine 2014
  • Etude des mécanismes élémentaires des effets nanoscopiques (sur plasmides en solution ou lyophilisés) (Figure 3) ;
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    Nanoscale mechanisms
    from Porcel et al, Nanotechnology 2010
  • Etude des effets combinés NPs/irradiation dans les bactéries radiorésistantes (in process)
  • Nanotoxicité des NPs dans cellules eucaryotes et procaryotes
  • Localisation des nanoparticules dans les cellules (Figure 4)
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    Nanoparticles uptake and localization
    from Stefancikova et al, Cancer Nanotechnology 2014