[Cancérologie] Ces deux idées sont-elles faisables ?

Bonsoir,

J’ai eu deux idées mais je ne sais pas si elles sont faisables, j’aimerais avoir votre avis si possible. Attention ça va être un peu long mais je dois mettre le contexte et bien expliquer pour avoir les avis les plus pertinents possibles.

Première idée :

La photothermie : le principe est bien connu, on injecte des nanoparticules d’or au patient/à la souris par intraveineuse. Dedans on peut piéger une molécule anticancéreuse. On recouvre ensuite la nanoparticule d’or d’un polymère thermosensible : quand on dépassera une certaine température il y aura des pores et le contenu de la nanoparticule (en l’occurence l’anticancéreux ici) pourra être distribué aux cellules cancéreuses pour les tuer. Avec un laser infrarouge on éclaire depuis l’extérieur du corps ces nanoparticules d’or qui réagissent aux infrarouge en chauffant. Finalement la température augmente et le polymère thermosensible entourant la nanoparticule change de conformation, libérant le produit anticancéreux.

Actuellement on essaye de concentrer les nanoparticules d’or sur le site de la tumeur et on éclaire avec un laser infrarouge uniquement ce site de la tumeur, pour être le plus spécifique possible et éviter de tuer les tissus sains.

Mais j’ai eu une idée : c’est de faire produire aux cellules cancéreuses la luciférase. Ensuite on injecte les nanoparticules d’or en même temps qu’une luciférine modifiée, ainsi seules les cellules cancéreuses* ayant la luciférase vont oxyder la luciférine modifiée pour émettre dans le proche infrarouge (la luciférine habituelle émettant vers 530 nm). Cela va donc permettre la production d’infrarouge par les cellules cancéreuses elles-mêmes, sans même utiliser un laser.

Seul problème : la puissance de ces photons produits par les cellules cancéreuses sera-t-elle assez puissante pour chauffer assez les nanoparticules d’or ? Puisqu’un laser est beaucoup plus puissant. C’est ce qui me fait douter de la faisabilité de cette première idée. Mais peut-être n’y a-t-il pas besoin d’une puissance comparable à celle d’un laser car les photons sont directement produits dans les cellules donc dans l’environnement proche des nanoparticules d’or (pas besoin de traverser la peau etc donc).

*: J’essaye de cibler au maximum les cellules cancéreuses par le choix de promoteurs spécifiques à ces cellules cancéreuses. Mon idée est d’instaurer une double spécificité pour viser au maximum les cellules cancéreuses et elles seules : un promoteur de la survivine (protéine très exprimée dans mes cellules cancéreuses mais très peu dans les tissus adultes différenciés) - un promoteur de réponse à l’hypoxie (HRE) pour cibler les zones d’hypoxie donc principalement les tumeurs.

Une recombinase cre est sous le contrôle du promoteur de la survivine, donc transcrite uniquement dans un nombre déjà restreint de types cellulaires. Une luciférase sous le contrôle du promoteur activé par l’hypoxie.

La construction est la suivante :

5’ -[promoteur survivine]-[cre recombinase]-3’

5’ -[promoteur HRE]-[loxP]-[peptide qui ne sert à rien]-[terminateur de transcription]-[loxP]-[luciférase]-3’

Ainsi la recombinase cre sera exprimée uniquement dans les tissus exprimant la survivine (principalement les cellules cancéreuses). Elle éliminera ce qui est entre les deux sites loxP : lors d’un épisode d’hypoxie la luciférase sera donc transcrite dans les tissus exprimant la survivine. Ce double niveau de spécificité permettrait de mieux cibler les cellules cancéreuses et elles seules.

Deuxième idée :

Pour la deuxième idée j’utilise là encore deux constructions avec les mêmes promoteurs mais je n’utilise plus une luciférase mais une protéine AOX (Alternative OXidase) de la plante Sauromatum guttatum. J’utilise cette AOX car elle a été décrite comme constitutivement active, ce qui devrait permettre de rendre cette protéine active même dans un organisme animal. La protéine AOX est une protéine de la membrane interne mitochondriale qui permet de faire de la chaleur (un peu comme la thermogénine mais pas le même mode d’action). Le but est de faire exprimer AOX uniquement dans les cellules cancéreuses (via la double spécificité des promoteurs là encore) pour faire chauffer ces cellules davantage par rapport aux autres cellules de l’organisme in vivo. Les particules d’or, une fois injectées, seraient donc activées uniquement dans ces tissus. Ici ce n’est plus l’infrarouge qui génère la chaleur mais la cellule cancéreuse elle-même.

Les deux constructions sont les suivantes :

5’ -[promoteur survivine]-[cre recombinase]-3’

5’ -[promoteur HRE]-[loxP]-[peptide qui ne sert à rien]-[terminateur de transcription]-[loxP]-[AOX de Sauromatum guttatum]-3’

Seul problème : il pourrait y avoir besoin de régulations pour que AOX fonctionne dans un modèle animal (vu que normalement c’est fonctionnel chez les plantes et pas les mammifères). Mais c’est pour ça que j’ai pris une AOX constitutivement active, avec cette forme d’AOX peut-être que ça marcherait même dans un animal.

Même si ça marche je ne sais pas si la température serait assez élevée par rapport aux autres cellules du corps : l’idéal serait par exemple d’avoir 40° dans les cellules cancéreuses (pour activer le polymère thermosensible entourant la particule d’or) et 37° dans les cellules normales.

Que pensez-vous de ces idées ou l’une des deux ? Je ne sais pas du tout si c’est faisable.

Et désolé du pavé.

Merci.

Si on arrive a faire cela, on pourrait tout simplement activer l’apoptose. Le problème n’est pas comment tuer les cellules, c’est comment les trouver.

HS : comment tu envoies un laser à 10 cm sous la peau ?

HS2 : tu as quelques lacunes sur le fonctionnement des cancers.

Je ne suis pas certain d’avoir compris toutes les étapes de tes idées, mais déjà, que veux-tu dire par « molécule anticancéreuse »? Car il existe des molécules extrêmement variées qui peuvent permettre de lutter de diférentes façons comme le cancer, et chacune a un fonctionnement différent. Il n’existe pas de molécule « miracle » qu’il suffit de libérer pour guérir le cancer. Et l’utilisation de nanoparticules pour guider des médicaments existe déjà depuis longtemps; je ne vois pas où réside l’innovation dans cette idée, d’autant plus qu’on ne sait même pas si cela est réalisable physiquement.

Il y a d’autres points qui m’ont buggué, par exemple « on peut faire exprimer aux cellules cancéreuses la luciférase », ce dont je voit mal l’utilité, et le fait d’utiliser des protéines de plantes, qui sont totalement différentes des protéines humaines et qui sont même différentes entre espèces animales. Pourrais-tu nous éclairer à ce sujet?

Bref, c’est bien que tu aies réfléchi à tout ça et mis en pratique tes connaissances en biologie moléculaire, mais le cancer est malheureusement beaucoup plus compliqué que cela. Des milliers de chercheurs travaillent sans relâche à trouver des traitements contre le cancer et le traitement miracle n’a pas encore été trouvé (et ne le sera probablement jamais). En effet, le cancer est une pathologie qui se présente de multiples façons et il faut trouver des méthodes curatives adaptées à chaque situation.

Mais si le sujet t’intéresse vraiment, je ne peux que t’encourager fortement à poursuivre tes études là-dessus et de t’impliquer dans tes instituts de recherches, car tu es déjà bien parti. Bonne chance!

Je me rends compte que mon topic a été mal compris, je vais essayer de l’éclaircir.

Molécule anticancéreuse c’était pour simplifier mon message, je sais qu’il y en a des milliers. Concernant la nanothérapie je sais également que ça existe déjà, la "nouvelle" idée n’était pas dans le premier paragraphe, j’ai redécrit la photothermie juste pour poser le contexte (tout le monde n’est pas censé connaître ici).

Donc la nouveauté commence à partir de la luciférase.

Je vais essayer de réexpliquer. L’idée est de faire exprimer la luciférase uniquement dans les cellules cancéreuses (grâce aux deux promoteurs cités dans mon message initial). Bien entendu il y aura toujours une part de non spécifique car certaines cellules saines expriment la survivine tout en ayant des périodes d’hypoxie. Ensuite injecter une luciférine qui sera transformée par la luciférase des cellules cancéreuses et la réaction produira des photons infrarouge. Cela aura donc lieu uniquement dans les cellules cancéreuses (+ une part de non spécifique encore une fois). Les nanoparticules d’or seront donc chauffées uniquement dans ces cellules cancéreuses et la chaleur sera créée uniquement dans ces cellules cancéreuses pour les détruire.

Cependant j’ai fait plusieurs calculs et il s’avère que les photons ne seraient pas assez puissants comparés à un laser, comme je le pensais l’idée 1 est donc à rejeter.

Concernant la deuxième idée AOX est une protéine de plante qui permet de produire de la chaleur dans plusieurs espèces de plantes (mais aussi d’autres rôles). Là encore l’idée est de la faire exprimer uniquement dans les cellules cancéreuses pour essayer de monter leur température et les tuer (toujours via le choix de promoteurs stratégiques, pour limiter au maximum la non spécificité).

@gbdivers : le concept existe déjà donc c’est possible de faire pénétrer le laser, ma première idée ne portait pas sur cette partie.

Sinon quelles sont mes lacunes ?

Je vais juste te poser une question technique : comment comptes-tu injecter tes constructions dans les cellules cancéreuses ? Pour insérer des gènes dans une cellule souche unique on sait faire, pour un organisme entier on doit passer par des virus ou des techniques de gene gun, sachant que c’est complexe à faire.

À ma connaissance, aucun virus n’a un tropisme pour tous les types cellulaires donc pour chaque type de cancer il faudra construire la bonne souche virale (et l’entretenir sur le long terme). Pour le gene gun, je doute que tu puisses faire quelque chose de moins cher que ce dont tu parles qui existe déjà avec le laser.

Je ne dis pas que c’est infaisable, peut-être que ça peut marcher, mais je te conseillerais de t’intéresser au protocole à suivre pour la réalisation de ce projet et l’insertion des séquences dans les cellules pour avoir une meilleure idée concernant sa faisabilité.

Effectivement l’expérience in vivo est plus complexe.

Mais déjà il faudrait voir si les cellules chauffent in vitro en culture cellulaire. Donc dans ce cas les constructions pourraient être introduites par lipotransfection pour avoir les cellules cancéreuses modifiées. Normalement ça c’est faisable, je ne sais pas ce que tu en penses. Les liposomes in vivo risqueraient de ne pas infecter assez de cellules cancéreuses.

Ensuite je parle de cellules cancéreuses mais ça pourrait aussi se faire sur des cellules saines pour modifier leur température et contrôler leur thermogenèse.

Ensuite l’idée est de privilégier la voie AOX par rapport à celle du cytochrome c (dans la biblio des éléments montrent que c’est ce qu’il se passe lors du pic de chaleur chez Sauromatum guttatum). Pour cela les constructions suivantes (que j’ai modifiées suite à mon message initial) :

[survivine]-Cre

[HRE]-[loxP]peptide inutile[loxP]-shRNA COX

[HRE]-[loxP]peptide inutile[loxP]-glucuronidase

[HRE]-[loxP]peptide inutile[loxP]-sgAOX

[HRE]-[loxP]peptide inutile[loxP]-GLUT1

(Le choix des promoteurs est encore à réviser mais c’est juste pour l’idée globale).

Le shRNA COX c’est pour diminuer la voie du cytochrome c et favoriser le flux des électrons vers AOX. GLUT1 pour favoriser l’entrée de plus de glucose dans la cellule (donc le flux d’électrons dans la mitochondrie finalement, sachant que dans les cancers GLUT1 c’est souvent déjà surexprimé donc ça aide). La glucuronidase c’est pour couper la molécule suivante au niveau du glucuronide : glucose-linker-glucuronide afin de libérer du glucose uniquement sur l’environnement proche des cellules cancéreuses (donc ayant cette construction) ou suite à un événement spécifique (si tous ces gènes sont sous le contrôle d’un promoteur spécifique).

Sinon il n’y a pas forcément besoin de nanoparticules d’or, le but est juste d’arriver à chauffer les cellules cancéreuses, cela produira leur mort. Et de manière plus générale le but est de modifier la thermogenèse d’une cellule.

Mais déjà il faudrait voir si les cellules chauffent in vitro en culture cellulaire. Donc dans ce cas les constructions pourraient être introduites par lipotransfection pour avoir les cellules cancéreuses modifiées. Normalement ça c’est faisable, je ne sais pas ce que tu en penses. Les liposomes in vivo risqueraient de ne pas infecter assez de cellules cancéreuses.

Ah oui, pour des cultures cellulaires c’est entièrement faisable bien sûr, il y a plusieurs techniques existantes, j’imagine que tu peux prendre n’importe laquelle

Ensuite l’idée est de privilégier la voie AOX par rapport à celle du cytochrome c (dans la biblio des éléments montrent que c’est ce qu’il se passe lors du pic de chaleur chez Sauromatum guttatum).

Ce qui paraîtrait entièrement logique effectivement pour adresser les couples redox de la mitochondrie. Pour tes constructions, j’avoue que la bio mol et moi ça a rapidement une fâcheuse tendance à faire 1.5 (pour pas dire 2) donc je ne saurai être sûr de moi en ce qui les concerne.

[HRE]-[loxP]peptide inutile[loxP]-shRNA COX

Pour diminuer l’expression de la Cyt c oxydase ça pourrait marcher, mais sur un "long-terme" j’imagine, les protéines mitochondriales n’étant pas renouvellées de la même façon que les cellulaires donc je dirais (peut-être à tort ?) qu’il faudra bien quelques jours pour voir un effet.

Mais ça m’amène ensuite à me demander comment tu comptes observer l’élévation de la température, qui risque d’être minime a fortiori sur une culture cellulaire. Quitte à enfoncer des portes ouvertes, si tu dois travailler sur des temps longs, ça risque de poser problème j’imagine, car travailler dans un environnement thermostaté risque de faire passer inaperçue la potentielle élévation de température, mais d’un autre côté en conditions non thermostaté sur des temps longs risque de ne pas être tout à fait pertinent.

[HRE]-[loxP]peptide inutile[loxP]-sgAOX

Toujours au risque d’enfoncer ces fameuses portes, tu devras tester que la construction avec les séquences lox n’empêche pas l’adressage de la protéine à la mitochondrie au préalable, pas d’autres moyens à avancer que l’essai en conditions réelles.

[HRE]-[loxP]peptide inutile[loxP]-GLUT1

Quitte à vouloir saturer en Glc, GluT2 pour encore plus d’efficacité et ne pas se faire chier mais c’est du détail.

[HRE]-[loxP]peptide inutile[loxP]-glucuronidase

Peut-être qu’in vivo ça pourrait avoir du sens mais je ne comprends guère l’intérêt de cette construction pour une culture cellulaire homogène dont tu peux contrôler le milieu de toute manière.

J’imagine qu’il doit bien exister un moyen de mener ce projet, mais que tu vas buter quoi qu’il arrive sur pas mal de points

Pour diminuer l’expression de la Cyt c oxydase ça pourrait marcher, mais sur un "long-terme" j’imagine, les protéines mitochondriales n’étant pas renouvellées de la même façon que les cellulaires donc je dirais (peut-être à tort ?) qu’il faudra bien quelques jours pour voir un effet.

En effet, j’y avais pensé également. Il faudrait faire des tests pour voir au bout de combien de temps l’effet commence (car apparemment c’est la réduction de la voie COX qui joue pour le plus dans l’augmentation de température).

Mais ça m’amène ensuite à me demander comment tu comptes observer l’élévation de la température, qui risque d’être minime a fortiori sur une culture cellulaire. Quitte à enfoncer des portes ouvertes, si tu dois travailler sur des temps longs, ça risque de poser problème j’imagine, car travailler dans un environnement thermostaté risque de faire passer inaperçue la potentielle élévation de température, mais d’un autre côté en conditions non thermostaté sur des temps longs risque de ne pas être tout à fait pertinent.

Peut-être que des indicateurs répondant à la température pourraient aider mais apparemment c’est pour des élévations de températures conséquentes. Dans un article très récent ils ont utilisé un tel indicateur ciblé à la mitochondrie et ont apparemment montré que la température mitochondriale était en réalité d’environ 50°C par rapport au reste.

Sinon il existe aussi des nanodiamants qui peuvent mesurer de très faibles variations de température à l’intérieur même des cellules mais ce n’est pas la méthode la plus simple.

Sinon le but est quand même d’augmenter la température de 3°C au minimum, la plante Sauromatum guttatum arrive bien à augmenter la température de 30°C par rapport à la température ambiante dans ses tissus thermogènes (même si cela ne signifie pas que la température cellulaire va aussi augmenter de 30°C par rapport à la température ambiante mais ce serait bien d’augmenter de 3°C quand même).

Toujours au risque d’enfoncer ces fameuses portes, tu devras tester que la construction avec les séquences lox n’empêche pas l’adressage de la protéine à la mitochondrie au préalable, pas d’autres moyens à avancer que l’essai en conditions réelles.

Effectivement. In vitro il n’y aurait pas ce problème par contre (si on veut exprimer tous ces gènes uniquement sous le contrôle d’un promoteur spécifique). Un peu comme si l’élévation de température était un gène rapporteur (mal dit je sais ).

Quitte à vouloir saturer en Glc, GluT2 pour encore plus d’efficacité et ne pas se faire chier mais c’est du détail.

Merci pour l’astuce.

Peut-être qu’in vivo ça pourrait avoir du sens mais je ne comprends guère l’intérêt de cette construction pour une culture cellulaire homogène dont tu peux contrôler le milieu de toute manière.

In vivo oui, ça servirait à fournir davantage de glucose là où on veut faire plus de chaleur (par exemple cellules cancéreuses mais même cellules saines pourquoi pas). In vitro tu as raison, ça ne sert à rien vu qu’on veut de toute façon cibler toutes les cellules de la culture.

J’imagine qu’il doit bien exister un moyen de mener ce projet, mais que tu vas buter quoi qu’il arrive sur pas mal de points

C’est vrai que c’est complexe mais intéressant. Je crois que ça n’a jamais été fait et si on arrive à faire produire de la chaleur à des cellules sous certaines conditions ça pourrait peut-être avoir des applications pratiques (que je ne trouve pas encore par contre).

Par exemple en cas de co-culture avec des types cellulaires différents, on peut imaginer une expérience où on veut chauffer uniquement un type cellulaire et pas l’autre et voir l’impact de ceci.

J’ai une dernière question, un article me met un doute sur la faisabilité du projet.

Dans une culture cellulaire ils réunissent les deux conditions que je souhaite, à savoir shARN COX10 + surexpression AOX (via le promoteur fort EF1 alpha) : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3378104/

Bon ils ne mesurent pas la température et le but de leur article n’est pas le même, ils disent juste que l’expression de AOX restaure la croissance (comparé à shARN COX10 seul). Mais si la combinaison AOX + shARN COX10 permet aux cellules de croître cela signifie indirectement que la température n’a pas l’air de plus les gêner que ça.

De plus tous les articles exprimant une AOX chez la souris ou une culture cellulaire utilisent l’AOX de Ciona intestinalis, ce qui me met un doute pour l’utilisation de l’AOX de Sauromatum guttatum, peut-être que ce n’est pas possible de faire exprimer cette AOX de plante dans une cellule animale.

Qu’en pensez-vous ?