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Une nouvelle nanozyme protège les os contre les dommages causés par les radiations

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Melanie Coathup et Sudipta Seal, ingénieurs en sciences des matériaux de l’Université de Floride centrale, ont conçu une nanoparticule d’oxyde de cérium – ; une enzyme artificielle – ; qui protège les os contre les dommages causés par les radiations. La nanoparticule a également montré des capacités à améliorer la régénération osseuse, à réduire la perte de cellules sanguines et à aider à tuer les cellules cancéreuses.

Leur étude, réalisée en collaboration avec l’université d’Oakland, l’université de Caroline du Nord A&T, l’université de Sheffield et l’université de Huddersfield au Royaume-Uni, a été publiée dans la revue Matériaux bioactifs.

Environ 50% des patients atteints de cancer reçoivent une radiothérapie – ; un traitement qui utilise des particules chargées électriquement pour tuer les cellules cancéreuses. Environ 40% des patients sont guéris par cette thérapie. Cependant, les lésions osseuses sont un effet secondaire, affectant environ 75% des patients recevant des radiations.

« En raison de sa forte teneur en calcium, l’os absorbe 30 à 40 % de plus de radiations que les autres tissus et c’est donc un site commun de blessure », explique Coathup, directeur du pôle facultaire Biionix de l’UCF. « Les radiations rendent l’os fragile et facilement fracturable. Et en raison des dommages causés par les radiations, de nombreuses personnes sont ensuite incapables de réparer leur fracture osseuse. Chez certaines personnes, cela conduit à devoir subir une amputation pour résoudre la complication. »

Alors que les faisceaux de radiothérapie sont directement dirigés vers la tumeur, les tissus sains environnants sont également endommagés et peuvent causer de nombreux problèmes de santé supplémentaires pour les patients.

À l’heure actuelle, il n’existe pas de véritable médicament ou thérapie pour protéger les tissus sains des dommages causés par les radiations. Ce n’est pas seulement un problème pour les patients cancéreux qui subissent une radiothérapie, mais cela pose également des problèmes pour les astronautes et les futures explorations de l’espace lointain. »

Melanie Coathup, Université de Floride centrale

La défense naturelle de l’organisme contre les radiations est constituée d’un groupe d’enzymes appelées antioxydants – ; mais ce système de défense est facilement submergé par les radiations et ne peut à lui seul protéger l’organisme des dommages. Seal, un éminent nanotechnologue, a conçu la nanoparticule d’oxyde de cérium – ; ou nanoceria – ; qui imite l’activité de ces antioxydants et possède un mécanisme de défense plus puissant pour protéger les cellules contre les dommages causés à l’ADN.

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« Le nanoceria fonctionne avec une structure de treillis régénérateur spécifiquement conçue, responsable de la destruction des espèces réactives d’oxygène nuisibles, un sous-produit de la radiothérapie », explique Seal.

En collaboration avec le chercheur postdoctoral Fei Wei, Coathup a testé le nanozyme sur des modèles vivants recevant une radiothérapie.

« Notre étude a montré que l’exposition des rats à des radiations à des niveaux similaires à ceux administrés aux patients atteints de cancer entraînait une fragilité et une détérioration des os », explique Coathup. « Cependant, lorsque nous avons traité les animaux avec le nanozyme, avant et pendant trois doses de radiations sur trois jours, nous avons constaté que l’os n’était pas endommagé et avait une résistance similaire à celle d’un os sain. »

L’étude a également montré que le traitement par nanozyme a contribué à tuer les cellules cancéreuses, probablement en raison d’une augmentation de l’acidité, et a protégé contre la perte de globules blancs et rouges qui se produit habituellement chez les patients atteints de cancer. Un faible taux de globules blancs et de globules rouges signifie que le patient est plus sensible aux infections opportunistes, moins apte à combattre le cancer et plus fatigué. Autre découverte intéressante : la nanoparticule a également renforcé la capacité des cellules saines à produire davantage d’antioxydants, réduit l’inflammation (qui entraîne également une perte osseuse) et favorisé la formation osseuse.

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Les recherches futures viseront à déterminer le dosage et l’administration appropriés du nanozyme et à explorer plus avant la manière dont le nanozyme aide à tuer les cellules cancéreuses. Les chercheurs concentreront également leurs études dans le contexte du cancer du sein, car les femmes sont plus sensibles aux lésions osseuses que les hommes.

« Les patients atteints de cancer doivent déjà lutter contre une seule maladie », explique le Dr Coathup. « Ils ne devraient pas avoir à s’inquiéter des fractures osseuses et des lésions tissulaires. Nous espérons donc que cette percée aidera les survivants à reprendre une vie normale et saine. »

Coathup a terminé ses études de premier cycle en biologie cellulaire médicale et a obtenu un doctorat en fixation d’implants orthopédiques à l’University College London au Royaume-Uni. En 2017, elle a rejoint le College of Medicine et est devenue la directrice du Biionix faculty cluster de l’UCF – ; une équipe multidisciplinaire de chercheurs qui travaillent à développer des matériaux, des processus et des interfaces innovants pour les implants médicaux avancés, la régénération des tissus, les prothèses et d’autres produits high-tech futurs.

Seal a rejoint le département de science et de génie des matériaux de l’UCF en 1997. Il a une nomination à la faculté de médecine et est membre du cluster de prothèses Biionix de l’UCF. Il est l’ancien directeur du NanoScience Technology Center et du Advanced Materials Processing Analysis Center de l’UCF. Il a obtenu son doctorat en ingénierie des matériaux avec une mineure en biochimie à l’université du Wisconsin et a été chercheur postdoctoral au Lawrence Berkeley National Laboratory de l’université de à Berkeley.

Source :

Université de Floride centrale

Référence du journal :

Wei, F., et al. (2022) Une nouvelle approche pour la prévention de la perte osseuse induite par les radiations ionisantes en utilisant un nanozyme multifonctionnel d’oxyde de cérium. Matériaux bioactifs. doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.09.011.

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Apasionado del running, vegano a los 25 años y comercial de la ropa, me incorporé al equipo de redacción de AltaVision.news en noviembre de 2021