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RÉSUMÉ
La thérapie sonodynamique (SDT) est une modalité thérapeutique découverte dans les années 1990 mais n’ayant pas encore d’applications cliniques approuvées. Cette technique utilise des ultrasons basse fréquence ciblés qui activent des sonosensibilisateurs conduisant à l’apoptose et la mort cellulaire. La SDT permet de traiter des tissus à des profondeurs importantes (4 à 10 cm). Cet article présente les principes physiques de la SDT, les mécanismes responsables de ses effets biologiques, les différents types de sonosensibilisateurs et les applications médicales envisagées.
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Sonodynamic therapy (SDT) is a therapeutic modality discovered in the 1990s but not yet approved for clinical applications. This technique uses targeted low-frequency ultrasound that activates sonosensitizers leading to apoptosis and cell death. SDT can treat tissues at great depths (4 to 10 cm). This article presents the physical principles of SDT, the mechanisms responsible for its biological effects, the different types of sonosensitizers and the medical applications envisaged.
Auteur(s)
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Clément LINGER : Master 2 - Chimie ParisTech, Université PSL, 2 rue Pierre et Marie Curie 75005 Paris, France
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Gabriel DUMY : Post-doctorant - Laboratoire PMMH, ESPCI, Université PSL, 10 rue Vauquelin 75005 Paris, France
-
Marc PORT : Professeur du CNAM titulaire de la Chaire « Industries chimiques et pharmaceutiques » - Équipe de Chimie Moléculaire du Laboratoire Génomique, Bioinformatique et Chimie Moléculaire (EA 7528), Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM), 2 rue Conté, 75003, HESAM Université, Paris, France
INTRODUCTION
Initialement développés dans le cadre diagnostique de l’imagerie, les ultrasons sont de plus en plus envisagés pour des modalités thérapeutiques non invasives. L’utilisation des ultrasons focalisés à haute intensité (HIFU) est maintenant une pratique clinique de routine pour traiter notamment des cancers localisés (notamment cancers de la prostate et hépatiques) et des fibromes utérins par effet hyperthermique. Les ultrasons focalisés sont aussi utilisés pour fractionner mécaniquement des tissus ou des calculs rénaux et biliaires (histotripsie et lithotripsie), pour détruire le cristallin opacifié (cataracte) ou pour traiter les glaucomes par cyclo coagulation.
De nouvelles indications cliniques des HIFU sont en cours de développement, notamment pour traiter des patients atteints de rétrécissement aortique calcifié via une méthode non invasive (technologie Cardiawave en cours de validation clinique) ou pour délivrer des médicaments ciblant le système nerveux central par ouverture transitoire de la barrière hématoencéphalique.
Cependant, un secteur émergent en préclinique – la sonothérapie à basse fréquence – repose sur l’utilisation d’ultrasons de faible intensité couplés à des sonosensibilisateurs à l’origine de nombreux effets induisant un stress cellulaire. Ces effets peuvent être d’ordre physique, comme le cisaillement mécanique de la membrane cellulaire ou des effets hyperthermiques modérés. Ils peuvent aussi être d’ordre chimique via des effets cytotoxiques induits par des espèces activées de l’oxygène produites par la pyrolyse de l’eau ou la sonoluminescence déclenchée par les ultrasons et activée par des sonosensibilisateurs.
Cet article explicite les principes physiques de la sonothérapie ainsi que les paramètres à maîtriser pour induire l’effet ultrasonore pertinent pour activer les mécanismes de stress cellulaire. Il décrit aussi les différentes classes de sonosensibilisateurs organiques ou inorganiques utilisés dans la littérature ainsi que les applications médicales envisagées. Même si, à ce jour, la démonstration clinique de l’intérêt de la sonothérapie reste à réaliser, nous précisons ici le potentiel démontré en préclinique de la sonothérapie et des thérapies la combinant avec d’autres modalités thérapeutiques (chimiothérapie, photo thérapie dynamique, radiothérapie, thérapie génique et immunothérapie).
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MOTS-CLÉS
thérapie sonodynamique sonoluminescence sonosensibilisateur Espèce réactive de l’oxygène cavitation
KEYWORDS
sonodynamic therapy | sonoluminescence | sonosensitizer | Reactive oxygen species | cavitation
DOI (Digital Object Identifier)
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Modalités thérapeutiques combinées
En anglais
4. Sonosensibilisateurs à base de nanoparticules
La plupart des sonosensibilisateurs organiques sont peu solubles dans l’eau, s’agrègent souvent par interactions hydrophobes, induisent des phototoxicités cutanées et sont rapidement éliminés de la circulation sanguine ce qui limite leur concentration efficace dans les zones pathologiques à traiter. Pour remédier à ces problèmes, des systèmes nanométriques ont été conçus [NM 4 010]. On en distingue deux classes :
-
des nanoparticules ayant des propriétés intrinsèques de sonosensibilisateurs ;
-
des systèmes encapsulant des sonosensibilisateurs organiques ou inorganiques.
Ces systèmes nanométriques, en sus d’optimiser la fonction de sonosensibilisateur, présentent aussi l’avantage d’induire la formation de microbulles favorisant la cavitation (et pouvant même abaisser les seuils de cavitation inertielle).
Les principales catégories de sonosensibilisateurs nanoparticulaires sont listées en figure 7. Le tableau 6 présente les différentes nanoparticules sonosensibilisatrices listées dans la littérature.
4.1 Nanoparticules ayant des propriétés intrinsèques de sonothérapie
Les exemples les plus courants sont les nanoparticules d’oxydes de titane (TiO2), de zinc (ZnO) ou de silicium (SiO2). Activés par sonoluminescence, des électrons sont transférés depuis la bande de valence vers la bande de conduction, induisant la constitution de trous. Les électrons et les trous peuvent soit réagir avec les molécules environnantes (O2, H2O, HO−…) pour former des ERO (mécanismes de types I), soit se recombiner engendrant...
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Sonosensibilisateurs à base de nanoparticules
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - OTTO (F.), RIEGLER (E.K.), VOTH (G.A.) - Measurements of the steady streaming flow around oscillating spheres using three dimensional particle tracking velocimetry. - Phys. Fluids, vol. 20, n° 9, p. 093304, doi :10.1063/1.2973204 (2008).
-
(2) - GOLDSTEIN (A.), POWIS (R.L.) - Chapter Two – Medical Ultrasonic Diagnostics. - In Physical Acoustics, vol. 23, R. N. Thurston, A. D. Pierce, et E. P. Papadakis, Éd. Academic Press, p. 43-195 (1999).
-
(3) - AZHARI (H.) - Appendix A : Typical Acoustic Properties of Tissues. - In Basics of biomedical ultrasound for engineers, Wiley-IEEE Press, p. 313-314 (2010).
-
(4) - AMIN (V.R.) - Ultrasonic attenuation estimation for tissue characterization. - Retrosp. Theses Diss., doi : https://doi.org/10.31274/rtd-180813-8099 (1989).
-
(5) - GARDÈS-ALBERT (M.), BONNEFONT-ROUSSELOT (D.), ABEDINZADEH (Z.) - Espèces réactives de l’oxygène : comment l’oxygène peut-il devenir toxique ? - Actual....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Générateurs de signal :
-
Tektronix, États-Unis, https://www.tek.com/
-
Keysight Technologies, États-Unis, https://www.keysight.com/
-
Peaktech, Allemagne, https://www.peaktech.de/products/kategorie/generatoren.html
-
RIGOL Technologies, Chine, https://int.rigol.com/products/waveform-generators.html
-
Anritsu, Japon, https://www.anritsu.com/en-GB/test-measurement/signal-generators/signal-generators
Transducteurs :
-
Ndtxducer, États-Unis, http://ndtxducer.com/products
-
IMASONIC Medical, France, https://www.imasonic.com/
-
Honda Electronics, Japon, https://www.honda-el.co.jp/en/ceramics/
-
Olympus, États-Unis, https://www.olympus-ims.com/en/ultrasonic-transducers/...
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