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1 - PRINCIPES PHYSIQUES DE LA THÉRAPIE ULTRASONORE À BASSE FRÉQUENCE

2 - EFFETS BIOLOGIQUES INDUITS PAR LA THÉRAPIE ULTRASONORE BASSE FRÉQUENCE

3 - SONOSENSIBILISATEURS ORGANIQUES

4 - SONOSENSIBILISATEURS À BASE DE NANOPARTICULES

5 - MODALITÉS THÉRAPEUTIQUES COMBINÉES

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

8 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : MED2000 v1

Conclusion
Thérapie sonodynamique

Auteur(s) : Clément LINGER, Gabriel DUMY, Marc PORT

Relu et validé le 10 mars 2021

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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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ABSTRACT

Sonodynamic therapy

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)

  • Clément LINGER : Master 2 - Chimie ParisTech, Université PSL, 2 rue Pierre et Marie Curie 75005 Paris, France

  • 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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KEYWORDS

sonodynamic therapy   |   sonoluminescence   |   sonosensitizer   |   Reactive oxygen species   |   cavitation

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-med2000


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6. Conclusion

La sonothérapie semble être une nouvelle modalité de traitement thérapeutique à fort potentiel, notamment en comparaison de la photothérapie dynamique car elle permet d’accéder à des territoires pathologiques profonds (4 à 10 cm) de manière minimalement invasive. Si de nombreux travaux précliniques sont publiés, la démonstration clinique de l’efficacité de la sonothérapie reste néanmoins à faire, nécessitant probablement une compréhension plus approfondie des différents mécanismes d’action sous-jacents de la sonothérapie en fonction des différentes classes de sonosensibilisateurs utilisés.

Ces mécanismes comprennent l’induction de stress cellulaire via le cisaillement mécanique de la membrane cellulaire ou des effets hyperthermiques modérés et la cytotoxicité médiée par des ERO provenant de la pyrolyse ou de l’activation de sonosensibilisateurs par l’émission de sonoluminescence induite par le phénomène de cavitation. Ce dernier mécanisme d'action semble prédominant.

L'efficacité de la sonothérapie dépend des paramètres utilisés pour générer les ondes ultrasonores, mais aussi des propriétés des sonosensibilisateurs. Au cours des dernières années, de nombreux types de sonosensibilisateurs aussi bien organiques qu’inorganiques ont été explorés, en s’inspirant la plupart du temps des concepts d’ingénierie moléculaire développés dans le cadre de la photothérapie dynamique. Des systèmes d’encapsulation permettent aussi de combiner la SDT à d’autres modalités de traitement comme la chimiothérapie, la photothérapie dynamique, la radiothérapie, la thérapie génique et l’immunothérapie, ce qui constitue un avantage majeur dans les traitements innovants aujourd’hui envisagés en oncologie. Néanmoins la complexité de ses systèmes thérapeutiques devra être maîtrisée pour les développer dans des phases cliniques.

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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....

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