La barrière hémato-encéphalique parcourt presque tous les vaisseaux sanguins du cerveau pour empêcher les éléments potentiellement toxiques circulant dans le sang d'y pénétrer. L'innovation est importante car 98 % des molécules thérapeutiques ne peuvent traverser cette barrière. « Nous avons réussi à ouvrir temporairement la barrière à un endroit précis pendant environ deux heures par une légère augmentation de la température, que nous provoquons en exposant les nanoparticules à un champ de fréquences radio », explique Nasrollah Tabatabaei, premier auteur de l'article scientifique et co-inventeur du procédé. « Nos tests révèlent que cette technique n'est associée à aucune inflammation du cerveau. Ce nouveau procédé pourrait mener à une véritable percée dans le traitement et le diagnostic des maladies du cerveau au moyen des nanoparticules », ajoute Hélène Girouard, co-chercheure. « À l'heure actuelle, la chirurgie est le seul moyen de traiter certains patients ayant des troubles graves du cerveau. On peut réussir à enlever certains types de tumeurs, mais d'autres sont inopérables du fait de leur localisation, par exemple dans le tronc cérébral », précise Anne-Sophie Carret, collaboratrice et co-auteure. 

La technologie a été développée grâce à des modèles murins et n'a pas encore été testée chez l'humain, mais les scientifiques ont bon espoir que la recherche débouchera un jour sur des applications humaines. « Cette technologie a été bâtie sur des recherches antérieures et l'effort combiné d'une équipe multidisciplinaire de scientifiques. Elle est la version moderne d'une vision décrite il y a presque 40 ans dans le film Le voyage fantastique, où un sous-marin miniature naviguait dans le réseau vasculaire pour atteindre une région précise dans le cerveau », illustre Sylvain Martel, chercheur principal. Dans des travaux antérieurs, Sylvain Martel et son équipe étaient parvenus à diriger des nanoparticules à travers le corps au moyen des forces magnétiques engendrées par un appareil d'imagerie à résonance magnétique (IRM). 

Pour ouvrir la barrière hémato-encéphalique, les nanoparticules magnétiques sont d'abord dirigées vers la région du cerveau souhaitée, où elles vont se loger à la surface de la barrière. Bien que ce ne soit pas la technique qui ait été employée dans la présente étude, ce guidage des nanoparticules peut se faire au moyen d'un appareil d'IRM, comme il a été décrit précédemment. Une fois les nanoparticules placées au bon endroit, on génère un champ de fréquences radio. Les nanoparticules réagissent à ce champ en dissipant de la chaleur, ce qui impose un stress mécanique à la barrière. Une ouverture temporaire et localisée se forme dans la barrière, par laquelle les médicaments peuvent diffuser dans le cerveau.

Cette technique est novatrice sur plusieurs plans. « Le résultat est très prometteur, car nous avons démontré, lors d'expériences antérieures, que ces mêmes nanoparticules peuvent être employées pour transporter des agents thérapeutiques dans le réseau vasculaire au moyen d'un appareil d'IRM clinique », remarque Sylvain Martel. « En combinant cette nouvelle technique à la capacité de guider les nanoparticules, nous pourrions administrer des agents thérapeutiques directement à une zone précise du cerveau, ce qui pourrait améliorer l'efficacité du traitement tout en évitant la circulation systémique d'agents toxiques qui affectent les tissus et les organes sains », ajoute Anne-Sophie Carret. « D'autres techniques ont été développées pour administrer des médicaments par la barrière hémato-encéphalique, mais soit l'ouverture était trop grande, ce qui exposait le cerveau à de graves dangers, soit la technique était imprécise, ce qui dispersait le médicament et pouvait causer des effets indésirables », précise Sylvain Martel.

Il reste de nombreux obstacles à surmonter avant d'arriver à une application thérapeutique de cette technologie chez l'humain, mais l'équipe de recherche est optimiste. « Bien que nous en soyons au stade de la validation du principe, nous sommes en bonne voie d'atteindre notre objectif, qui est de développer un mécanisme d'administration localisée d'un médicament potentiellement applicable au traitement du cancer, des troubles psychiatriques et neurologiques et des maladies dégénératives du cerveau, entre autres », conclut Anne-Sophie Carret. 

À propos de cette étude
Seyed NasrollahTabatabaei, Hélène Girouard, Anne-Sophie Carret et Sylvain Martel publieront d'ici peu un article intitulé « Remote control of the permeability of the blood-brain barrier by magnetic heating of nanoparticles: a proof of concept for brain drug delivery » dans le Journal of Controlled Release.

S.N. Tabatabaei est affilié à l'Institut de génie biomédical de Polytechnique Montréal et au Département de pharmacologie de l'Université de Montréal. L'équipe lui attribue la réalisation de la majorité du travail expérimental. H. Girouard est également affiliée au Département de pharmacologie, et directrice du Laboratoire de pharmacologie cérébrovasculaire de l'Université de Montréal. S. Martel est affilié à l'Institut de génie biomédical et au Département de génie informatique et génie logiciel de Polytechnique Montréal. Il est également directeur du laboratoire de NanoRobotique de Polytechnique Montréal et titulaire d'une chaire de recherche du Canada de niveau 1 en nanorobotique médicale. A.S. Carret est hémato-oncologue pédiatrique affiliée au Département de pédiatrie de l'Université de Montréal et au Centre de recherche du CHU Sainte-Justine. 

Ces travaux de recherche ont reçu l'appui de la Chaire de recherche de l'École Polytechnique de Montréal, les Chaires de recherche du Canada, de la Fondation canadienne pour l'innovation, du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, du Fonds de recherche du Québec – Santé et de la Fondation des maladies du cœur du Canada.

Voir aussi: 

Fiche du Pr Martel
Photo : Pr Sylvain Martel