Biomatériaux injectables : traiter le cancer et d’autres pathologies

Et si l’on pouvait traiter certaines maladies graves sans chirurgie lourde, simplement en injectant un matériau « intelligent » capable d’agir précisément là où le corps en a besoin? C’est autour de cette idée que s’articule la recherche de Sophie Lerouge, professeure à l’ÉTS, titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les biomatériaux injectables pour thérapie cellulaire et endovasculaire. Par le développement d’hydrogels et de microparticules, contenant ou non des cellules vivantes, son équipe conçoit des solutions innovantes pour des applications biomédicales allant de l’embolisation endovasculaire à la thérapie cellulaire et à l’ingénierie tissulaire.

Installé au centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal (CHUM), son laboratoire se distingue par une approche résolument interdisciplinaire et orientée vers le transfert clinique. Chimie des polymères, mécanique des matériaux, biologie cellulaire et pratique médicale s’y rencontrent autour d’un même objectif : répondre à des besoins cliniques concrets grâce à l’ingénierie des biomatériaux.

De nouveaux agents embolisants injectables

Un premier pan de la recherche de Sophie Lerouge concerne l’embolisation des vaisseaux sanguins. Cette technique consiste à obstruer volontairement certains vaisseaux afin de stopper des flux sanguins indésirables, par exemple dans le cas de malformations artérioveineuses, de saignements internes ou encore pour priver certaines tumeurs de leur apport sanguin. Les agents embolisants actuels répondant mal aux besoins cliniques, l’équipe de Sophie Lerouge développe des matériaux injectables sous forme de liquide gélifiant dans le corps humain sous l’effet de la température ou sous forme de microbilles. Administrés par cathéter lors d’interventions endovasculaires, ces agents embolisants permettent d’éviter les chirurgies ouvertes, réduisant ainsi les risques et les temps de récupération, et peuvent être combinés à des agents bioactifs. Ces travaux s’effectuent en étroite collaboration avec des radiologues d’intervention du CHUM, Dr Gilles Soulez et Éric Thérasse, et ont mené à plusieurs brevets, dont l’un est exploité par une compagnie leader dans le domaine des traitements endovasculaires.  

Certaines particules embolisantes sont conçues pour libérer des anesthésiants localement. Cet aspect est crucial, car l’embolisation provoque une ischémie, c’est-à-dire une diminution ou un arrêt de l’apport sanguin dans un tissu. Or, ce manque d’oxygène et de nutriments peut être très douloureux, notamment lors de traitements comme celui des fibromes utérins.

Plus récemment, l’équipe de recherche explore aussi des microparticules magnétiques chargées en médicaments. Guidées à distance par un champ magnétique, notamment à l’aide de l’IRM, ces particules pourraient être dirigées vers des artères très spécifiques, sans devoir amener physiquement le cathéter au point d’intervention. Cette approche ouvre la voie à une embolisation encore plus sélective et moins invasive.

Hydrogels et thérapie cellulaire

Le second grand axe de recherche de la professeure Lerouge porte sur la thérapie cellulaire et l’ingénierie tissulaire. La thérapie cellulaire consiste à injecter des cellules vivantes — cellules souches ou cellules immunitaires — pour réparer des tissus ou combattre des maladies comme le cancer. Or, injectées seules, ces cellules se dispersent rapidement, survivent mal et perdent souvent leur efficacité.

Pour contourner ce problème, l’équipe de Sophie Lerouge développe des matrices injectables à base d’hydrogels. Liquides à température ambiante, ces matériaux peuvent être mélangés à des cellules ou à des médicaments, puis injectés à l’aide de très fines aiguilles ou de cathéters. Une fois dans le corps, ils se solidifient sous l’effet de la température et forment une structure poreuse : une véritable « maison » pour les cellules.

Cette porosité est essentielle. Elle permet aux cellules de recevoir suffisamment d’oxygène et de nutriments, de se multiplier, d’interagir entre elles et, au besoin, de quitter progressivement la matrice pour exercer leur action thérapeutique.

Immunothérapie du cancer : agir localement, durablement

Ces hydrogels jouent un rôle particulièrement prometteur en immunothérapie du cancer. Cette approche mobilise les lymphocytes T du patient (parfois modifiés génétiquement) pour reconnaître et attaquer les cellules tumorales. Les traitements existants reposent souvent sur des injections systémiques de milliards de cellules, dont seule une infime fraction atteint réellement la tumeur, au prix d’effets secondaires importants.

La stratégie développée par l’équipe de Sophie Lerouge est différente et concentre l’action au bon endroit. En encapsulant les lymphocytes T dans un hydrogel injectable placé à proximité de la tumeur, il devient possible d’utiliser beaucoup moins de cellules, tout en prolongeant et en renforçant leur efficacité. Les cellules prolifèrent dans la matrice, forment des structures tridimensionnelles, puis migrent progressivement vers la tumeur pour l’attaquer de manière continue plutôt que ponctuelle.

Des résultats très encourageants ont déjà été obtenus dans des modèles animaux, montrant une amélioration significative de l’activité anticancéreuse. Ici, le matériau ne se contente pas de transporter les cellules : il régule leur libération, leur survie et leur interaction avec l’environnement tumoral.

Régénérer les tissus grâce aux cellules souches

Les hydrogels développés par l’équipe sont aussi utilisés pour la transplantation de cellules souches, notamment dans des tissus ischémiques, c’est-à-dire privés d’un apport sanguin suffisant. Les cellules souches possèdent des propriétés proangiogéniques : elles favorisent la formation de nouveaux vaisseaux sanguins et la régénération des tissus endommagés.

Injectées dans une matrice adaptée, ces cellules peuvent survivre plus longtemps, proliférer et libérer progressivement des molécules aux effets bénéfiques. Là encore, l’enjeu central réside dans l’équilibre : retenir suffisamment les cellules pour un effet durable, tout en permettant la diffusion de leurs facteurs thérapeutiques.

Vers la bio-impression 3D

Au-delà des applications thérapeutiques directes, les hydrogels conçus par l’équipe de Sophie Lerouge trouvent aussi leur place en bio-impression 3D. Cette technologie, qui consiste à imprimer des structures contenant des cellules vivantes, pourrait transformer la recherche biomédicale et, à plus long terme, la médecine régénérative.

Les défis sont nombreux : les hydrogels ont tendance à s’affaisser, la survie des cellules est difficile à maintenir pendant l’impression, et il faut concilier biocompatibilité et précision des structures. Pour y répondre, la chercheuse développe, en collaboration avec son collègue Ali Ahmadi, de nouvelles bioencres et des méthodes originales de bio-impression, visant à améliorer à la fois la résolution des structures et la viabilité cellulaire.

À court terme, ces avancées permettront de créer des micro-organes ou des modèles de tissus plus réalistes que les cultures en boîte de Pétri, afin de tester l’efficacité et la toxicité de médicaments de manière plus fiable et personnalisée. À plus long terme, elles pourraient contribuer à la fabrication de tissus, voire d’organes implantables.

Une recherche collaborative et formatrice

Installé au cœur d’un environnement hospitalier, le laboratoire de Sophie Lerouge offre aussi un cadre de formation exceptionnel. Les étudiantes et étudiants y sont exposés à une grande diversité de technologies, du design des matériaux jusqu’aux tests de faisabilité précliniques, dans un contexte profondément multidisciplinaire.

« Nos projets partent toujours d’un besoin clinique réel », résume la chercheuse. « Notre rôle, c’est d’utiliser l’ingénierie et les biomatériaux pour lever des verrous médicaux concrets. » Une philosophie qui place la collaboration, l’innovation et les retombées sociétales au cœur de la recherche.

Sophie Lerouge est membre d’itechsanté, l'institut de recherche et d'innovation en technologies pour la santé de l'ÉTS. Pour en savoir plus sur l'institut, sa mission, ses thématiques, ses projets phares et plus encore, visitez itechsanté.