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Le biocapteur implantable pour la surveillance du cancer

Un groupe de recherche du Massachusetts Institute of Technology (MIT) à Cambridge, aux États-Unis, développe actuellement un biocapteur implantable pour mieux surveiller le cancer. L’équipe de recherche a mis au point un capteur correspondant et en discute actuellement dans la revue Lab on a Chip. Pour suivre la réponse d’une tumeur à un traitement spécifique, les cliniciens utilisent aujourd’hui des techniques d’imagerie telles que l’IRM ou des échantillons de tissus obtenus à partir de biopsies. Des méthodes qui ne représentent toutes qu’un instantané, qui au moment de l’analyse est en fait déjà une chose du passé. En outre, au moins dans le cas d’une biopsie, le nombre d’échantillons possibles est limité car le corps ne peut pas être exposé indéfiniment au risque d’une telle intervention invasive.

Les scientifiques de l’Institut Koch d’oncologie intégrative du MIT ont maintenant développé un capteur implantable qui promet d’être lu à tout moment et qui fournit les informations les plus récentes sur l’état d’une tumeur. Un tel dispositif pourrait, par exemple, aider les médecins à trouver la dose optimale d’un médicament ou d’une thérapie et éviter ainsi des effets secondaires inutiles.

L’un des développeurs, Michael Cima, lui-même professeur d’ingénierie et premier auteur de l’article, déclare : “Nous voulions développer un dispositif qui nous donnerait un signal chimique sur ce qui se passe à l’intérieur de la tumeur. Au lieu d’attendre des mois pour voir si la tumeur pourrait réagir et rétrécir, cela pourrait nous permettre de savoir rapidement si nous sommes sur la bonne voie.

Le biocapteur mesure la valeur du pH et l’oxygène dissous

Le biocapteur fait son travail en mesurant deux biomarqueurs : la valeur du pH et la teneur en oxygène dissous dans le tissu. Ces deux éléments sont de précieux indicateurs de la manière dont une tumeur répond au traitement. Par exemple, l’acidité des tissus tumoraux augmente lorsque la chimiothérapie commence à faire effet.

Selon le professeur Cima, “très souvent, on peut observer que la tumeur subit d’abord des modifications chimiques avant de finalement devenir plus petite. En fait, il est même possible que les thérapies déclenchent une réponse immunitaire qui mène ensuite à une réponse inflammatoire. Dans les méthodes d’imagerie actuelles, il semble alors que la tumeur grossit, bien que la thérapie ne soit en fait qu’efficace.

En mesurant le niveau d’oxygène dissous, le biocapteur aide les médecins à trouver la dose optimale de traitement, car les tumeurs se développent dans un environnement hypoxique.

Le minuscule capteur est si petit qu’il s’insère dans la pointe d’une aiguille à biopsie. Il est enfermé dans une gaine plastique biocompatible contenant 10 ml de produit de contraste. Il est également équipé d’une partie de l’électronique permettant d’envoyer ses mesures à un dispositif de lecture externe.

Le capteur reçoit l’énergie nécessaire au fonctionnement du dispositif de lecture. Il y a une petite spirale métallique dans le capteur et une grande dans le dispositif de lecture. Un courant électrique magnétise maintenant la spirale dans le dispositif externe, ce qui permet de générer une tension dans la spirale du capteur, à condition que le dispositif de lecture soit suffisamment proche du capteur. Ce processus est appelé “inductance mutuelle”.

Afin de lire le capteur, le dispositif de lecture envoie une série d’impulsions qui provoquent une réponse du capteur. Dans cette réponse, l’appareil envoie des signaux qui peuvent être interprétés et traduits par un ordinateur. De cette façon, l’examinateur obtient les valeurs des biomarqueurs de la tumeur.

Les tests ont montré que le biocapteur fonctionne de manière rapide, précise et fiable

Pour tester le capteur, l’équipe l’a implanté dans des rats. Les chercheurs ont découvert que le capteur envoyait des signaux rapides, précis et fiables sur la valeur du pH et la teneur en oxygène dissous des tissus.

Ensuite, le groupe de travail a maintenant commencé à étudier dans quelle mesure le capteur peut mesurer les changements de la valeur du pH sur une plus longue période. “Je veux tirer le maximum de ces prototypes afin que nous puissions les utiliser pour surveiller les tumeurs”, déclare le professeur Cima. “Nous avons déjà essayé un peu de cela dans nos tests, mais nous devons nous assurer qu’ils sont vraiment robustes et durables.”

Le professeur Cima espère qu’un jour il pourra surveiller la santé des patients atteints de cancer pendant de nombreuses années à l’aide de son capteur. “Il y a des milliers de personnes qui ne sont en vie que parce qu’elles portent des appareils électroniques implantables tels que des stimulateurs cardiaques ou des défibrillateurs”, explique M. Cima. “Nous fabriquerons nos capteurs à partir des matériaux dont sont faits tous ces dispositifs déjà utilisés. Maintenant, étant donné que les biocapteurs sont minuscules, on ne pense pas qu’ils poseront de problème de santé.

Bien que le groupe de recherche se concentre principalement sur le traitement du cancer, les scientifiques envisagent également la possibilité d’utiliser des appareils similaires dans d’autres domaines. Les sciences de l’environnement en sont un bon exemple, a déclaré le professeur Cima, expliquant : “Elles pourraient par exemple être utilisées pour mesurer le pH et la teneur en oxygène à différents endroits d’un lac ou d’un étang.