Le cancer se propage via les cellules tumorales circulantes (CTC) qui voyagent dans le sang vers d’autres organes, et elles sont presque impossibles à suivre. Maintenant, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont trouvé une méthode de détection qui pourrait révolutionner le traitement du cancer en montrant comment les cancers métastasent et à quel stade ils se trouvent. Cela pourrait conduire à un traitement plus précoce et plus ciblé, en commençant par une simple analyse de sang.
Lorsqu’une tumeur commence à métastaser, elle libère sa cellule dans le sang. Une cellule individuelle ne survit souvent pas seule à la circulation sanguine, mais les grappes de cellules sont beaucoup plus robustes et peuvent se déplacer vers d’autres organes, poussant efficacement le cancer à un état métastatique.
Les CTC se sont révélés difficiles à étudier, et encore moins à traiter. Le sang contient des milliards de cellules par millilitre, et seule une poignée de ces cellules seraient des CTC chez un patient atteint d’un cancer métastatique. Une telle filtration intense a été inaccessible en utilisant des méthodes de laboratoire conventionnelles. La plupart des filtrations traditionnelles sont trop agressives et diviseraient le cluster en cellules individuelles et ruineraient la capacité d’étudier l’effet d’un cluster.
« C’est ce qui a intéressé les ingénieurs comme moi parce que nous sommes vraiment doués pour créer des capteurs ou de petits appareils qui effectuent réellement des analyses sensibles », a déclaré Fatih Sarioglu, professeur agrégé à l’École de génie électrique et informatique. « Nous avons commencé à développer des technologies pour capturer ces précieuses cellules afin de mieux gérer le cancer. »
Sarioglu a présenté la recherche dans « High Throughput, Label-free Isolation of Circulating Tumor Cell Clusters in Meshed Microwells », récemment publiée dans La nature Cocommunications.
Le laboratoire de Sarioglu a inventé un nouveau type de puce appelée Cluster-Well, combinant la précision des puces microfluidiques avec l’efficacité de la filtration sur membrane pour trouver des clusters CTC. En utilisant des caractéristiques de la taille d’un micron, les puces microfluidiques peuvent localiser avec précision chaque cellule dans un échantillon de sang et déterminer si elle est cancéreuse.
Les puces microfluidiques vous donnent plus de contrôle en tant que concepteur pour poser la question que vous voulez poser à ces cellules. Cela augmente la précision et la sensibilité, ce dont vous avez besoin pour une application comme celle-ci, car vous voulez trouver cette cellule unique parmi de nombreuses cellules sanguines. »
Fatih Sarioglu, professeur agrégé, École de génie électrique et informatique
Pour traiter rapidement un volume de sang cliniquement pertinent, les chercheurs se sont appuyés sur la filtration sur membrane pour rendre le fonctionnement de la puce plus évolutif. En effet, la puce ressemble à un filtre à membrane standard, mais au microscope électronique, la puce microfluidique révèle sa structure délicate utilisée pour capturer les amas tout en laissant passer les autres cellules sanguines.
L’aspect pratique était tout aussi important que la fonctionnalité pour les chercheurs. Bien que la puce soit initialement fabriquée avec du silicium, tout comme une unité centrale de traitement dans un ordinateur, elle est ensuite transférée vers des polymères pour la rendre accessible, abordable et à usage unique, tout en conservant sa délicatesse et sa précision.
« Nous avons vraiment créé uniquement les pièges dont nous avons besoin pour reconnaître les grappes avec la puce microfluidique, et le reste n’est qu’un porte-filtre standard », a déclaré Sarioglu. « Par rapport à une puce microfluidique conventionnelle, vous obtiendrez un test beaucoup plus pratique avec des ordres de grandeur d’amélioration du débit et une sensibilité plus élevée. »
Les chercheurs ont utilisé la puce pour dépister des échantillons de sang de patients atteints de cancers de l’ovaire ou de la prostate grâce à un partenariat avec les hôpitaux Emory et Northside. Ils ont isolé des grappes de CTC allant de deux à 100 cellules ou plus de patients atteints de cancer de la prostate et de l’ovaire et ont utilisé le séquençage d’ARN pour analyser un sous-ensemble.
La conception unique de la puce signifie que les grappes de CTC sont filtrées dans des micropuits et peuvent ensuite être consultées pour une analyse plus approfondie. Même un seul CTC peut contenir une quantité importante de données sur le patient et son cancer spécifique, ce qui peut être essentiel pour la gestion de la maladie. Par exemple, les chercheurs ont noté des centaines de CTC en grappes dans le sang de patientes atteintes d’un cancer de l’ovaire, certaines encore en vie, une découverte qui pourrait être consécutive à la propagation de la maladie. Aussi, en séquençant l’ARN dans des clusters de CTC prostatiques isolés par la puce, les chercheurs ont identifié des gènes spécifiques exprimés par ces cellules métastasantes. Il est important de noter que les grappes de CTC de différents patients expriment différents gènes, qui peuvent être potentiellement utilisés pour développer des thérapies personnalisées et ciblées. Sarioglu envisage Cluster-Wells comme faisant partie intégrante du processus de traitement pour déterminer à quel stade se trouve le cancer à partir d’une simple prise de sang.
« Trouver ces grappes était très insaisissable », a déclaré Sarioglu. « Mais il s’agit d’une technologie qui permet d’accéder à ces précieux amas de cellules tumorales circulantes pratiquement dans n’importe quel cancer avec une précision et une praticité qui n’étaient pas possibles auparavant. »
