Les TEP montrant la quantité d’oxygène dans une tumeur pourraient aider à surveiller les effets des médicaments ciblés

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Le Cambridge Science Festival se déroule jusqu’au 26 mars et des scientifiques du Cancer Research UK et du EPSRC Imaging Center basé à Cambridge et Manchester sera présent lors d’un événement le dernier jour pour parler des derniers développements en imagerie du cancer. Dans une série de messages d’invités avant l’événement, nos scientifiques explorent ce que l’avenir nous réserve pour 3 façons différentes de scanner ou de prendre des photos de tumeurs. Le dernier article de la série, de la doctorante Victoria Tessyman, porte sur l’imagerie TEP.

Si vous vous êtes déjà cassé un os, vous serez plus que familier avec une radiographie. Les os sont faciles à voir sur une radiographie car leur teneur élevée en calcium les rend plus denses que les tissus environnants. Ce n’est pas le cas pour les changements subtils dans les cellules et les tissus.

Nous sommes confrontés à un défi similaire avec les tomodensitogrammes, une autre technique d’imagerie de routine.

Une tomodensitométrie produit une image 3D plus détaillée, nous permettant d’observer de nombreux tissus et organes différents à l’intérieur du corps.

Mais il est souvent difficile de repérer les structures à l’intérieur du corps avec la tomodensitométrie, ce qui peut rendre difficile le diagnostic de maladies à l’aide de ces scans.

Les rayons X et les tomodensitogrammes peuvent être utilisés pour détecter et diagnostiquer le cancer en voyant simplement qu’une tumeur est là. Mais au-delà de voir une masse physique de cellules, les informations fournies par les rayons X et les tomodensitogrammes sont limitées. Ils ne peuvent pas montrer comment la tumeur change à l’intérieur du corps.

Par exemple, nous ne pouvons pas dire sur la base de ces analyses si les cellules tumorales se développent rapidement ou si elles consomment plus d’énergie. Cela limite donc la façon dont ils peuvent être utilisés pour choisir un traitement ou déterminer les perspectives d’un patient.

Vers une méthode d’imagerie plus précise

Au cours des 50 dernières années, les scientifiques ont développé de nouvelles méthodes d’imagerie qui produisent des images 3D très détaillées de ce qui se passe à l’intérieur du corps.

Ces méthodes d’imagerie tirent parti des principales différences entre les cellules cancéreuses et les tissus normaux pour nous aider à voir le cancer plus clairement. Les différences peuvent être biologiques ou physiologiques, mais la clé est qu’elles capturent une image de quelque chose qui se produit plus fréquemment (ou uniquement) dans les tumeurs.

Les changements que nous pouvons mesurer comprennent le flux sanguin, l’utilisation accrue de glucose pour alimenter les cellules cancéreuses en croissance ou les changements dans les niveaux d’oxygène dans la tumeur. Ces informations sont essentielles pour faciliter le diagnostic et déterminer le traitement le plus approprié ; il nous indique comment la tumeur s’adapte et change et nous permet d’adapter les traitements que nous donnons de manière appropriée.

L’une des façons dont nous mesurons ces changements est d’utiliser la tomographie par émission de position (TEP). La TEP est une technique d’imagerie médicale sensible qui produit une image 3D des processus qui se produisent à l’intérieur des cellules de notre corps. Pour ce faire, il détecte une molécule spécifique marquée avec une petite quantité sûre d’un matériau radioactif.

Nous appelons cela un « traceur », et il se déplace dans le corps où il s’accumule dans certains tissus en fonction du processus biologique étudié.

C’est le signal radioactif du traceur qui est capté par le scanner TEP, montrant les différences entre les tissus sains et malades. Ces informations sont combinées à une tomodensitométrie qui fournit une carte 3D de base du corps, de sorte que l’emplacement de la tumeur et les changements dans sa biologie peuvent être vus ensemble.

La TEP la plus couramment utilisée pour le diagnostic du cancer utilise un traceur appelé FDG (fluorodésoxyglucose). Les scintigraphies au FDG sont utilisées pour diagnostiquer un large éventail de cancers, notamment les tumeurs du sein, de l’intestin, du poumon et du cerveau.

Cette approche exploite le fait que les cellules cancéreuses à croissance rapide aspirent du glucose en énergie à un rythme plus rapide que les cellules saines. Une petite quantité sûre du traceur radioactif est injectée au patient où elle se déplace dans le corps et s’accumule dans les cellules qui se développent à un rythme plus rapide, ce qui met généralement en évidence les cellules cancéreuses.

Le scanner TEP détecte les signaux énergétiques émis par le FDG et produit une image 3D qui montre où le traceur s’est collecté, ce qui nous permet de voir les tissus sains et cancéreux.

Le cancer du poumon de ce patient n’a pas été détecté par radiographie (à droite). En utilisant FDG-PET combiné avec CT (à gauche), nous pouvons voir une augmentation de l’énergie utilisée par les cellules indiquant qu’une tumeur est présente dans le poumon. Crédit : Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

Pourquoi regarder les changements dans la tumeur est important

Pour examiner d’autres changements biologiques qui se produisent dans les tumeurs, les scientifiques développent de nouveaux traceurs TEP qui mesurent de nombreux processus différents qui aident les tumeurs à se développer et à se propager dans le corps.

Notre laboratoire se concentre sur l’utilisation de traceurs TEP qui réagissent différemment en fonction de la quantité d’oxygène contenue dans une tumeur. Si une tumeur a de faibles niveaux d’oxygène, elle est considérée comme étant privée d’oxygène ou «hypoxique». Nos traceurs recherchent ces régions hypoxiques.

Les tumeurs à faible teneur en oxygène sont agressives et sont plus résistantes aux traitements, y compris la chimiothérapie et la radiothérapie. Il existe également un plus grand risque de propagation de la maladie si la tumeur est hypoxique.

Mais l’hypoxie pourrait également être une faiblesse, car elle devient une cible clé pour les nouveaux médicaments contre le cancer. En visualisant ce phénomène avec un PET scan, nous pensons pouvoir trouver les patients qui pourraient bénéficier de ces traitements émergents.

Comment pouvons-nous voir les niveaux d’oxygène des tumeurs?

Pour ce faire, nous testons un traceur basé sur une molécule spécifique de l’hypoxie appelée FAZA (fluoroazomycine arabinoside), qui après injection devient irréversiblement piégée dans les zones de la tumeur à faible taux d’oxygène.

Le scanner TEP mesure les signaux énergétiques émis par le traceur. Et à partir de ces mesures, nous pouvons créer une carte qui montre les niveaux d’oxygène sous différentes couleurs.

Cela nous permet de voir quelles tumeurs ont de faibles niveaux d’oxygène et quelle est leur gravité.

Nous avons testé ces analyses avec un médicament qui s’active dans des conditions de faible teneur en oxygène, tuant les cellules cancéreuses hypoxiques.

Nous surveillons la réponse au médicament au fil du temps en utilisant des scanners FAZA PET chez des souris atteintes d’un cancer du poumon. Et à partir des images 3D, nous pouvons voir des zones de la tumeur qui contenaient des cellules hypoxiques disparaître pendant le traitement médicamenteux, suggérant que ces cellules ont été tuées par le médicament.

Les parties restantes de la tumeur ont des niveaux normaux d’oxygène et sont plus sensibles à la chimiothérapie ou à la radiothérapie standard.

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Les zones d’hypoxie au sein de la tumeur sont réduites après un traitement médicamenteux. Crédit : Victoria Tessyman

Nous espérons que nos travaux permettront d’utiliser ce nouveau type d’imagerie TEP en clinique.

En voyant quels patients ont des tumeurs hypoxiques, nous pouvons déterminer les tumeurs de ces patients qui sont plus nocives et peuvent être plus résistantes au traitement.

Cela pourrait un jour aider les médecins à décider du meilleur traitement pour leurs patients en suggérant si des médicaments modificateurs de l’hypoxie sont nécessaires ou en augmentant la dose de radiothérapie.

Cela pourrait également conduire à de nouveaux médicaments qui utilisent l’hypoxie comme cible dans le traitement du cancer.

Victoria