Thérapie sonodynamique pour le traitement du glioblastome multiforme dans un modèle murin à l’aide d’un système d’échographie focalisé de paillasse portable

De nouvelles options thérapeutiques et thérapeutiques efficaces sont nécessaires pour les patients atteints de GBM. Ce protocole a permis de définir un traitement préclinique médié par FUS pour le GBM qui fait actuellement l’objet d’une étude approfondie en vue d’une traduction clinique. Bien que la SDT ait un potentiel passionnant, il reste encore beaucoup à comprendre et à optimiser dans le cadre préclinique.

L’un des éléments les plus importants de ce protocole est l’utilisation de FUS guidés par IRM pour cibler la tumeur afin d’obtenir une efficacité maximale. À l’aide d’un fantôme, il est possible de créer un espace de coordonnées 3D, dans lequel chaque pixel des tranches d’IRM axiale peut se voir attribuer une coordonnée. Ensuite, une procédure simple de sélection de l’emplacement de la sonication sur l’image IRM indique au transducteur où viser. Le système FUS préclinique utilisé est très polyvalent et applicable lorsqu’il s’agit de cibler des emplacements de pathologie spécifique telle qu’une tumeur, y compris des tumeurs plus profondes qui seraient difficiles à cibler sans confirmation par imagerie. En utilisant le gadolinium comme agent de contraste, il y a une visualisation claire de la tumeur, ce qui permet à l’utilisateur de prendre des décisions éclairées lors du choix des cibles. L’avantage du SDT par rapport à de nombreux autres traitements est qu’il s’agit d’une thérapie spécifique à la tumeur. Les FUS de faible intensité ne devraient cibler que le tissu tumoral, tout en laissant le parenchyme cérébral sain relativement intact ^3,8.

Les résultats de cette expérience mettent en évidence comment les avantages de ce protocole peuvent conduire à des résultats thérapeutiques similaires à d’autres résultats dans la littérature pour la TDS. La figure 5 montre que dans les 24 heures suivant le jour du traitement, il y a eu un ralentissement de la croissance tumorale dans la cohorte traitée. Bien qu’insignifiant compte tenu de cette petite taille d’échantillon, l’importance pourrait résulter d’un plus grand nombre d’animaux. Ce retard dans la croissance tumorale est similaire à ce qui a été montré dans l’article pionnier sur ce sujet de Wu et al. (2019), qui a montré un ralentissement de la croissance tumorale au fil du temps chez les animaux traités, ainsi qu’une augmentation des temps de survie⁹.

Les considérations qui ont été prises en compte lors de la conception de ce protocole comprenaient la souche animale, le type de tumeur et la sélection de l’agent sonosensibilisant. Des souris nues athymiques ont été choisies pour ce protocole pour de multiples raisons. Tout d’abord, la souris nue est plus facile à soniser car l’absence de poils empêche toute atténuation. De plus, l’absence d’un système immunitaire permet l’implantation de xénogreffes dérivées du patient (PDX) afin que le modèle tumoral ressemble davantage à la situation clinique. L’inconvénient de l’utilisation d’un modèle athymique est que le système immunitaire ne peut pas être caractérisé, de sorte que toute réponse immunitaire générée par la SDT ne sera pas mesurée dans ces études¹⁰. La lignée tumorale choisie est une lignée PDX agressive et à croissance rapide. Le moment du traitement est très important car l’établissement de la tumeur doit être vérifié, mais la charge tumorale ne doit pas remplir l’hémisphère crânien. Différentes lignées cellulaires nécessitent des temps d’incubation différents pour obtenir une tumeur de taille optimale pour l’expérimentation préclinique. Dans ce protocole, le 5-ALA a été utilisé comme sonosensibilisateur en raison de son absorption préférentielle dans les tumeurs GBM, ce qui a été confirmé in vitro pour cette lignée cellulaire dans des expériences antérieures (données non publiées). D’autres sonosensibilisants peuvent être substitués et testés pour déterminer le composé le plus approprié en termes d’efficacité et d’innocuité. Enfin, le traitement a été commencé 3 h après l’injection de 5-ALA, car la littérature antérieure a montré qu’il s’agissait du moment optimal avec cette dose d’injection⁵.

Les paramètres FUS choisis dans ce protocole (10 W/cm 2 pendant² min à 515 kHz à chaque emplacement cible) ont été décidés sur la base d’une revue de la littérature antérieure et d’expériences initiales ^4,9. Une grille de points de sonication couvrant l’ensemble de la tumeur a été choisie afin de générer l’effet ROS sur l’ensemble de la tumeur. L’intensité utilisée ici est plus élevée que dans d’autres publications, mais à court terme, on ne s’attend pas à ce qu’elle entraîne des effets indésirables liés à la température, car des intensités allant jusqu’à 25 W/cm² ont été utilisées avec succès dans un modèle murin sans effets secondaires significatifs¹¹. Il est important de noter qu’aucun ensemble normalisé ou optimisé de paramètres FUS n’a été publié dans la littérature. Par conséquent, les valeurs spécifiques qui sont rapportées ici peuvent être ajustées pour déterminer l’ensemble optimal de paramètres, conduisant à la réduction maximale du tissu tumoral tout en maintenant la sécurité. De plus, comme différentes lignées cellulaires ont des niveaux variables de vascularisation et d’hypoxie, ce traitement peut devoir être ajusté. Nous avons montré une diminution globale de la croissance tumorale (Figure 5) dans les 24 heures suivant le traitement par SDT, bien que les paramètres doivent être optimisés et que davantage d’animaux doivent être testés pour déterminer l’effet maximal de ce traitement. Les IRM post-traitement ne montrent aucune apparition de lésions créées par le traitement FUS dans les tissus sains, l’effet étant localisé au tissu tumoral (Figure 6). Il est également possible de combiner le SDT avec d’autres techniques FUS, telles que la perméabilisation transitoire de la barrière hémato-encéphalique, afin de maximiser l’absorption du 5-ALA dans la tumeur¹². Ce protocole peut être complété par l’exécution de diverses techniques histologiques pour vérifier l’innocuité et l’efficacité au niveau structurel. Une coloration à l’hématoxyline et à l’éosine (H&E) peut être effectuée pour vérifier les dommages structurels ou tumoraux¹³, tandis qu’une coloration terminale de la désoxynucléotidyl transférase dUTP (TUNEL) peut être effectuée pour vérifier l’apoptose cellulaire¹⁴. Quoi qu’il en soit, ce protocole présente un traitement sûr et spécifique à la tumeur où les changements sont perceptibles même 24 h après le traitement, ce qui est évident en comparant le taux de croissance des tumeurs traitées avec SDT et des tumeurs non traitées, ainsi qu’en comparant les coupes tumorales avant et après sonication.

Avec n’importe quel protocole, il y a toujours des inconvénients ou des limites qui doivent être pesés. La principale limite du protocole actuel est le temps et les coûts. Pendant ce temps, l’un des avantages de ce protocole est son objectif ciblé automatisé. Pour accomplir cette procédure ciblée, des IRM doivent être prises pour chaque animal individuel afin de s’assurer que le ciblage de la tumeur est correct, un processus qui peut être à la fois long et coûteux. De plus, en fonction du nombre de points focaux souhaités, le temps nécessaire à l’exécution de ce protocole peut être de quelques heures, même pour quelques animaux, ce qui entraîne un faible nombre d’animaux expérimentaux. Malgré ces inconvénients, ce protocole ciblé non invasif reste une préférence réalisable par rapport aux options de chirurgie ouverte.

En conclusion, ce protocole a montré la capacité du traitement SDT à diminuer la croissance tumorale dans le cerveau dans les 24 heures suivant le traitement tout en maintenant un tissu neural sain dans un modèle murin préclinique. Des études sur l’efficacité de la SDT et l’optimisation des différents paramètres pour augmenter la production de ROS sont nécessaires pour rendre ce traitement cliniquement adapté. De nouvelles pistes devraient être explorées pour l’utilisation de la TDS comme modèle thérapeutique non invasif.

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel. Amir Manbachi enseigne et est consultant pour BK Medical (GE Healthcare), Neurosonics Medical, et est l’inventeur d’un certain nombre de technologies FUS en instance de brevet. Betty Tyler bénéficie d’un financement de recherche du NIH et est copropriétaire d’Accelerating Combination Therapies*. Ashvattha Therapeutics Inc. a également obtenu une licence pour l’un de ses brevets, et elle est actionnaire de Peabody Pharmaceuticals (*comprend les actions et les options).

Les auteurs reconnaissent le soutien financier du prix STTR Phase 1 de la National Science Foundation (NSF) (# : 1938939), du prix de l’ASME Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) (# : N660012024075) et du programme de chercheurs cliniques (KL2) de l’Institut Johns Hopkins pour la recherche clinique et translationnelle (ICTR), administré par le National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS) des National Institutes of Health (NIH). Les cellules ont été achetées et fournies par la Fondation Mayo pour l’éducation et la recherche médicales.