Thérapie photodynamique : tuer le cancer en douceur avec la lumière visible

Vous connaissez probablement la radiothérapie aux rayons X pour le traitement du cancer. Mais savez-vous que les rayons X sont des rayonnements ionisants qui peuvent endommager de nombreux tissus en plus de tuer les cellules cancéreuses ? Simphotek et d'autres utilisent une lumière visible proche infrarouge ou "douce" dont la longueur d'onde est plus longue que les rayons X et avec une énergie beaucoup plus faible, de sorte qu'elle provoque moins d'effets secondaires.

La nouvelle modalité thérapeutique connue sous le nom de thérapie photodynamique (PDT) peut faire exactement cela. La PDT ne provoque pas de nausées comme le fait la chimiothérapie, n'endommage pas les tissus ordinaires comme le font les rayons X, et ne nécessite pas non plus d'enlever ou d'endommager des parties du corps comme le fait la chirurgie.

La PDT utilise de la lumière (généralement fournie par un laser), un médicament sensible à la lumière et de l'oxygène moléculaire pour déclencher plusieurs événements en cascade qui génèrent un agent cytotoxique, l'oxygène singulet, qui tue les cellules cancéreuses. Il existe différentes formes de traitement PDT, y compris le faisceau externe ou de surface (EB-PDT), intracavitaire ou peropératoire (icavPDT) et interstitiel (I-PDT). La première méthode est principalement utilisée pour les affections cutanées et les cancers où le médicament est appliqué superficiellement et la zone traitée est exposée à la lumière. L'icav-PDT est généralement réalisée après une intervention chirurgicale, telle qu'une chirurgie pulmonaire, lorsqu'une cavité est présente ou formée par la chirurgie.

Un médicament photosensible est administré dans le corps et est "activé" par la lumière laser du traitement. L'I-PDT est utilisée pour traiter les cancers solides qui sont plus profonds dans le corps, tels que le cerveau, l'œsophage, la vessie, la tête et le cou, le cholangiocarcinome, le poumon et la prostate. La lumière ne voyage que sur quelques millimètres dans les tissus, un autre mécanisme doit donc être ajouté pour un traitement réussi. Ces traitements utilisent des fibres optiques diffusantes cylindriques qui tunnelisent la lumière des lasers externes directement dans les tumeurs et la distribuent uniformément dans les zones cancéreuses.

La quantité de lumière visible délivrée est importante, car elle doit être supérieure à un seuil thérapeutique établi par des essais cliniques antérieurs et actuels. Comme il est pratiquement impossible d'effectuer des mesures partout à l'intérieur de la tumeur pour s'assurer que la dose de lumière est délivrée correctement, des simulations informatiques basées sur des modèles mathématiques avancés de propagation de la lumière dans les tissus humains sont effectuées avant le début du traitement. L'EB-PDT peut être réalisé sans simulations mathématiques approfondies, mais les deux derniers types de thérapie photodynamique nécessitent des simulations mathématiques avancées pour déterminer si la quantité de lumière prescrite est délivrée à différentes sections de la tumeur, de sorte qu'elle soit suffisante pour tuer les cellules cancéreuses. .

Simphotek a été soutenu par le National Institute of Health (NIH) des États-Unis pour créer un tel outil de recherche de simulation pour les cancers solides et il s'appelle Dosie™.

Il existe plusieurs méthodes de simulation qui peuvent modéliser certains aspects du processus de thérapie photodynamique, mais elles ne couvrent pas tout ce qui est nécessaire pour une simulation complète du traitement du cancer. À notre connaissance, Dosie est le premier outil complet permettant de simuler le processus PDT, y compris les interactions entre le transport de la lumière, les médicaments et l'oxygène moléculaire, pour créer l'agent cytotoxique, l'oxygène singulet, qui tue le cancer. Le traitement du cancer est complexe et, tout comme pour la radiothérapie, il nécessite des simulations informatiques avancées.

À partir d'un scanner ou d'une IRM de la tumeur, un modèle 3D détaillé de la tumeur et de son environnement est créé. À l'aide de graphiques 3D de pointe, Dosie peut guider le médecin en temps quasi réel pendant le traitement icav-PDT ou I-PDT pour visualiser la partie de la tumeur qui reçoit une dose de lumière visible thérapeutique pour assurer une lumière uniforme livraison. L'un des avantages de l'utilisation de Dosie est sa capacité à estimer non seulement la dose de lumière conventionnelle, mais également la dose de PDT de pointe (qui inclut la variation de la concentration de médicament dans la tumeur) et la dose d'oxygène singulet (qui estime la quantité de l'agent anticancéreux et sa distribution). Le type le plus courant de PDT est EB-PDT, qui est responsable de la majeure partie du marché mondial des PDT. Le marché total devrait atteindre plus de 15,1 milliards USD d'ici la fin de 2031 et devrait progresser à un TCAC de 13,5 % de 2022 à 2031 (1).

L'Amérique du Nord devrait dominer le marché de la thérapie photodynamique, en raison d'un taux d'adoption élevé et des lancements de nouveaux produits par les acteurs du marché (2). Simphotek et ses collaborateurs universitaires ont traité un certain nombre de cancers différents, mais le plus récent est le cancer du poumon non à petites cellules qui se manifeste par une croissance tumorale endobronchique à proximité ou à l'intérieur des voies respiratoires. Malheureusement, la tumeur peut devenir suffisamment grosse pour bloquer la bronche et, ce faisant, elle s'entrelace également avec plusieurs autres tissus, y compris les vaisseaux sanguins. Le mélange de différents tissus rend la planification du traitement difficile.

L'Amérique du Nord devrait dominer le marché de la thérapie photodynamique, en raison d'un taux d'adoption élevé et des lancements de nouveaux produits par les acteurs du marché (2). Simphotek et ses collaborateurs universitaires ont traité un certain nombre de cancers différents, mais le plus récent est le cancer du poumon non à petites cellules qui se manifeste par une croissance tumorale endobronchique à proximité ou à l'intérieur des voies respiratoires. Malheureusement, la tumeur peut devenir suffisamment grosse pour bloquer la bronche et, ce faisant, elle s'entrelace également avec plusieurs autres tissus, y compris les vaisseaux sanguins. Le mélange de différents tissus rend la planification du traitement difficile.

L'obstruction maligne des voies respiratoires centrales (OACM) devient un problème sérieux pour les patients atteints d'un cancer du poumon. Le cancer du poumon est le cancer le plus courant et la principale cause de décès chez les hommes et les femmes (3). L'American Cancer Society estime que pour 2023, il y aura environ 238 340 cas de cancer du poumon (67 160 chez les hommes et 59 910 chez les femmes) aux États-Unis (3).

Les revenus du marché mondial du cancer du poumon s'élevaient à 21,1 milliards USD en 2021, passant à 67,9 milliards USD d'ici 2030 avec un TCAC de 14,1 % de 2022 à 2030. L'Amérique du Nord a dominé avec plus de 35,5 % de part de marché du cancer du poumon en 2021 (4). Le cancer du poumon est souvent traité par radiothérapie et chimiothérapie, qui peuvent toutes deux avoir des effets néfastes sur les tissus non cancéreux. L'application de la PDT n'entraîne pas ces problèmes d'endommagement des tissus. De plus, la PDT est une option thérapeutique pour le cancer du poumon inopérable là où les autres options ont été épuisées (5). Un problème croissant pour les patients atteints de cancer du poumon est l'obstruction des voies respiratoires qui peut se manifester sous forme d'obstructions intrinsèques (croissance tumorale endobronchique), extrinsèques (compression tumorale extrabronchique) ou mixtes.

À l'heure actuelle, des options de traitement supplémentaires et de nombreuses visites à l'hôpital sont nécessaires pour traiter ces patients et améliorer la réponse tumorale et la survie. En revanche, les obstructions endobronchiques ont plusieurs options de traitement, y compris la chirurgie ou les traitements thermiques suivis d'un stenting des voies respiratoires. Les options thérapeutiques pour les tumeurs endo/extrabronchiques (mixtes) sont actuellement limitées et traitées avec des stents après dilatation par ballonnet. Parallèlement au développement de la pneumologie interventionnelle, la thérapie photodynamique est utilisée dans le traitement des tumeurs malignes respiratoires en raison de son faible niveau de traumatisme, de sa grande spécificité et de sa compatibilité avec les thérapies traditionnelles ou courantes (5). Simphotek et ses collaborateurs universitaires sont engagés dans un essai clinique de phase I/IIa (NCT03735095) pour traiter l'OACM.

Cette thérapie est de plus en plus courante en raison du cancer du poumon primitif avancé (6). Dans cet essai, pour traiter l'OACM, un système à ultrasons (échographie endobronchique, EBUS) est utilisé pour imager la tumeur et guider les insertions de fibres dans la tumeur pour la traiter avec l'I-PDT. Avant le traitement, un scanner thoracique est obtenu pour identifier les voies respiratoires, la tumeur et la quantité de blocage qui peut être présente.

Celle-ci est importée dans Dosie par l'équipe de l'étude pour simuler le traitement.

Les résultats des simulations permettent de déterminer les paramètres spécifiques du traitement : les configurations laser et fibre diffusante. L'objectif est de traiter le plus grand volume de la tumeur avec le moins d'exposition possible aux principaux vaisseaux sanguins ou à d'autres zones sensibles. Nous espérons que cet essai clinique nous rapprochera un peu plus de notre objectif de traiter les patients de la manière la plus sûre et la plus efficace possible.

Nous avons décrit une nouvelle méthode basée sur la lumière pour traiter les cancers solides avec moins d'effets secondaires que les méthodes traditionnelles.