Plateforme ultrasonore de diagnostic et thérapie ciblée – THERANOS

Les nouveaux concepts de nano médecine ont permis la synthèse et le développement d'agents thérapeutiques de nouvelle génération avec des tailles allant du nanomètre au micromètre et des fonctionnalités originales. L’activation localisée de ces composants actifs est essentielle, comparativement aux traitements classiques tels que la chimiothérapie, elle bénéficie d’une fenêtre thérapeutique plus large, d’un index thérapeutique plus important et elle minimise les effets secondaires de toxicité. La notion de délivrance active et ciblée prend alors tout son intérêt car elle ouvre la voie à de nouvelles modalités de traitement thérapeutique, avec une activation contrôlée dans l’espace et dans le temps, depuis l'extérieur de l'organisme.
L’utilisation conjointe des ultrasons, des microbulles, et de médicaments nanoparticulaires est une des voies incontournables de la thérapie ciblée, nécessitant l’élaboration de nouveaux protocoles extrêmement précis d’administration de molécules actives (contrôle localisé des zones insonifiées, contrôle des zones « échauffées » et imagerie temps réel). Si ces techniques sont très prometteuses, il est encore aujourd’hui très difficile de les développer et de les améliorer par manque d’outils expérimentaux d’aide à la validation in vivo sur modèles animaux. Les raisons sont simples, ce type d’outils requiert de disposer d’une instrumentation ultrasonore capable d’un côté, de produire des ultrasons de moyenne intensité (de 0 à quelques W/cm2), dans une gamme de fréquence couvrant la plage 1-5 MHz, afin de cibler un large spectre de nanoparticules ; et de l’autre de produire des images échographiques haute résolution (20 MHz) en adéquation avec les modèles animaux disponibles aujourd’hui (rat-souris).L’objectif de ce projet est double : développer une plateforme mixte de théranostic (thérapie/diagnostic) haute fréquence et élaborer de nouveaux protocoles adaptés à l’activation et la libération par ultrasons de liposomes.
Si ce type de plateforme n’était pas envisageable il y a 10 ans, les nouvelles approches en termes de transduction ultrasonore, reposant sur l’utilisation des technologies cMUTs (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers) sont parfaitement capables de répondre à ce verrou technologique. Ce type de sonde offrira plusieurs modalités de suivi des zones traitées localement : soit par de l’imagerie échographique native, soit par de l’imagerie de contraste haute résolution après administration de microbulles. Ce projet va permettre de revisiter la totalité de la chaîne de traitement thérapeutique en proposant, pour la première fois, d’associer les avancées technologiques les plus récentes, dans chacun des domaines, pour répondre au défi posé par la validation préclinique sur modèle animal.
Le procédé de fabrication choisi pour la sonde cMUT est une technique dite de collage de plaquette ou wafer bonding, car elle permet d’ajuster localement la topologie des membranes (géométrie et hauteur des cavités) selon leur fonction : thérapie BF ou imagerie – 20 MHz. La plateforme d’instrumentation développée repose sur un système d’imagerie temps réel haute résolution (15-50 MHz) existant auquel sera associé un module pour l’émission basse fréquence, moyenne intensité.
L’exploitation de cette plateforme concerne l’utilisation conjointe de microbulles de gaz et de liposomes vecteurs actifs thermosensibles. Ces nanoparticules sont capables de déclencher la libération de molécules actives à la demande et de l’extérieur, grâce aux propriétés thermiques des ultrasons. Les microbulles présentent également des opportunités thérapeutiques. Nos données actuelles démontrent que, le processus de sonoporation, augmentent temporairement la perméabilité des barrières biologiques et améliorent ainsi l’extravasation des molécules actives dans la tumeur.