Les bienfaits de la Station spatiale internationale pour l'humanité

Administration des traitements contre le cancer

L'humanité est à la recherche constante de moyens d'améliorer les traitements contre le cancer. À cet égard, la Station spatiale internationale (ISS) a constitué une plateforme de recherche en microgravité, qui a favorisé des progrès dans le processus de traitement du cancer.

Dans le milieu de l'oncologie, on utilise depuis peu différentes techniques de microencapsulation pour le traitement du cancer. La microencapsulation est un procédé en une seule étape par lequel on forme des « microbilles » biodégradables remplies de liquide, renfermant diverses solutions médicamenteuses, qui facilitent l'administration des médicaments et permettent d'offrir de nouveaux traitements médicaux contre les tumeurs solides et les infections résistantes. Autrement dit, grâce à l'utilisation de microcapsules contenant des médicaments antitumoraux et de marqueurs de visualisation, le traitement peut cibler directement la tumeur, ce qui présente plusieurs avantages par rapport aux traitements par voie générale comme la chimiothérapie. Des essais réalisés sur des souris ont montré que ces microcapsules uniques peuvent être injectées dans des tumeurs prostatiques humaines pour inhiber la croissance tumorale. Elles peuvent également être injectées à la suite d'une cryochirurgie (congélation des tissus). Ce procédé détruit les tumeurs plus efficacement que ne le feraient la cryochirurgie ou la chimiothérapie locale utilisées seules. Les microcapsules renferment en outre un agent de contraste, qui permet d'avoir recours à la tomodensitométrie, à la radiographie ou à l'échographie pour surveiller la distribution des médicaments dans les tissus, de façon à assurer le traitement de la tumeur entière lorsque les microcapsules libèrent leur contenu médicamenteux.

L'expérience sur le système de microencapsulation par procédé électrostatique II MEPS-II (pour Système de microencapsulation par procédé électrostatique II), dirigée par Dennis Morrison, Ph. D. (retraité), au Centre spatial Johnson de la NASA, a été réalisée à bord de la station en 2002. Elle faisait appel à une technique novatrice d'encapsulation de plusieurs médicaments anticancéreux différents, à des particules magnétiques de déclenchement et à l'encapsulation d'ADN génétiquement modifié. Le système utilisé dans le cadre de l'expérience représente un progrès par rapport aux techniques d'encapsulation existantes (microcapsules formées dans des conditions de gravité), puisqu'il mise sur la microgravité pour modifier la mécanique des fluides, le comportement interfacial et les méthodes de traitement biologique. En effet, le système MEPS-II à bord de la station combine deux liquides immiscibles de manière à ce que les forces de tension superficielle (plutôt que les forces de cisaillement exercées par les fluides) dominent à l'interface des fluides. La performance intéressante de microcapsules produites dans l'espace comme système d'administration de traitements anticancéreux a encouragé la mise au point du système de microencapsulation à débit pulsé (PFMS pour Pulse Flow Microencapsulation System ou PFMS), qui permet d'obtenir, sur Terre, des microcapsules ayant une qualité comparable à celle obtenue dans l'espace.

Grâce aux travaux menés à bord de la Station spatiale, les résultats des expériences MEPS-II ont livré de nouveaux renseignements concernant la formulation et les conditions idéales requises pour produire des microcapsules de différents médicaments, en particulier des capsules spéciales contenant du matériel d'imagerie diagnostique et des particules à libération déclenchée. La co-encapsulation de plusieurs médicaments et les médicaments utilisés en thérapie photodynamique (ou médicaments TPD) ont ouvert la voie à de nouvelles stratégies d'ingénierie pour la production, sur Terre, de microcapsules destinées à cibler directement les tissus cancéreux. D'autres microcapsules sont aujourd'hui fabriquées pour le traitement des infections des tissus mous et des troubles de la coagulation et pour l'administration de matériel génétiquement modifié potentiellement à des fins de thérapie génique. Les microcapsules qui ont été fabriquées à bord de l'ISS et qui visent à inhiber la croissance des tumeurs prostatiques humaines ont été mises à l'essai avec succès en laboratoire. L'équipe de Morrison avait déjà effectué plusieurs études analogues de microencapsulation dans le cadre de missions de navettes spatiales, toutefois, en raison de la possibilité de mener des études de longue durée à bord de la station spatiale, les huit expériences de microencapsulation menées à bord de la station en 2002 ont permis de réaliser des progrès plus considérables que la soixantaine expériences antérieures effectuées au cours des quatre missions de navettes spatiales, soit les missions STS-77, STS-80, STS-95 et STS-107.

Retombées de la recherche à bord de la station spatiale

Les conditions de microgravité à bord de la station offrent un environnement qui a ouvert la voie à de meilleures méthodes pour le développement de microcapsules sur Terre. La possibilité d'effectuer des expériences séquentielles de microencapsulation à bord de la station a débouché sur une technologie nouvelle pour la fabrication, sur Terre, de ces microbilles uniques permettant la libération prolongée de médicaments sur une période de 12 à 14 jours. Les travaux réalisés à bord de la station ont conduit directement à la délivrance de cinq brevets américains dont la NASA détient la licence; deux autres brevets sont à l'étude. NuVue Therapeutics, Inc. est l'une des entreprises commerciales qui ont obtenu des licences pour certaines des techniques et méthodes MEPS dans le but de développer de nouvelles applications, comme des aiguilles et des cathéters à ultrasons novateurs, qui serviront à acheminer directement aux sites tumoraux les microcapsules contenant des agents anticancéreux. Des travaux de recherche plus récents ont fait appel à la congélation du tissu tumoral (cryo-ablation) au moyen d'un nouveau dispositif, suivie de la délivrance échoguidée de microcapsules multicouches contenant différents médicaments chimiothérapeutiques à l'extérieur de la zone congelée d'une tumeur de la prostate ou du poumon chez l'humain. Dans une étude d'une durée de 28 jours, ce traitement d'association a entraîné un ralentissement de la croissance tumorale de 78 % et une régression tumorale complète pouvant atteindre 30 % après seulement 3 injections hebdomadaires du médicament microencapsulé, en quantités si infimes qu'elles n'auraient pas dû ralentir la croissance tumorale de plus de 5 à 10 %. NuVue Therapeutics, Inc. détient maintenant deux brevets américains basés sur le traitement d'association comprenant l'administration de microcapsules analogues à celles conçues par la NASA. Dès l'obtention du financement, des essais cliniques visant à injecter directement les microcapsules de médicaments anticancéreux dans les sites tumoraux débuteront au Centre de lutte contre le cancer MD Anderson à Houston ainsi qu'à la Clinique Mayo Cancer Center à Scottsdale (A.).

Parmi les autres utilisations potentielles de cette technique de microencapsulation, mentionnons les suivantes : microencapsulation de cellules vivantes génétiquement modifiées en vue de leur injection ou de leur greffe dans des tissus lésés; amélioration de la réparation de tissus humains; analyse en temps réel de microparticules dans un courant d'échantillonnage, technique qui pourrait être utilisée par les entreprises pétrochimiques pour surveiller le débit volumétrique des pipelines.

image

Dennis Morrison, Ph. D, tenant le dispositif MEPS prêt à être embarqué pour le vol ISS-UF-2 (Source : NASA)

disease-related protein

Microencapsulation de cellules uniques. (Source : NASA)

detailed structure of muscular dystrophy

Microencapsulation renfermant des médicaments antitumoraux fabriqués à bord de l'ISS. (Source : NASA)

Tara Ruttley, Ph. D.
Scientifique associée, Programme de l'ISS
NASA