À mesure que les tumeurs cérébrales grandissent, ils doivent faire l'une des deux choses: pousser contre le cerveau ou utiliser des extensions en forme de doigt pour envahir et détruire les tissus environnants.
Des recherches antérieures ont révélé que les tumeurs qui poussent – ou mettent la force mécanique sur le cerveau – provoquent plus de dysfonctionnement neurologique que les tumeurs qui détruisent les tissus. Mais que nous disent ces différentes tactiques de croissance tumorale?
Maintenant, la même équipe de chercheurs de l'Université de Notre Dame, de la Harvard Medical School / Massachusetts General Hospital et de l'Université de Boston a développé une technique pour mesurer la force mécanique d'une tumeur cérébrale et un nouveau modèle pour estimer la quantité de tissu cérébral qu'un patient a perdu. Publié dans Recherche du cancer cliniqueL'étude explique comment ces mesures peuvent aider à éclairer les soins aux patients et à être adoptées dans le flux de travail quotidien des chirurgiens.
Pendant la chirurgie d'élimination des tumeurs cérébrales, les neurochirurgiens prennent une tranche de la tumeur, le mettent sur une diapositive et l'envoient à un pathologiste en temps réel pour confirmer de quel type de tumeur il s'agit. Les tumeurs qui surgissent à l'origine dans le cerveau, comme le glioblastome, se voient prescrire des traitements différents des tumeurs qui se métastasent au cerveau d'autres organes comme le poumon ou le sein, de sorte que ces différences éclairent les soins post-chirurgicaux. En ajoutant une étape de deux minutes à la procédure d'un chirurgien, nous avons pu distinguer une tumeur de glioblastome par rapport à une tumeur métastatique basée sur la force mécanique seule. »
Meenal Datta, professeur adjoint de génie aérospatial et mécanique à Notre Dame et co-chef de l'étude
Datta et des collaborateurs ont collecté des données auprès de 30 IRM préopératoires des patients et de leurs craniotomies, qui comprennent l'exposition du cerveau et l'utilisation de la technologie de neuronavigation cérébrale. Cette technologie offre aux chirurgiens une visualisation 3D en temps réel pendant les chirurgies du cerveau et est considérée comme couramment disponible pour les procédures neurologiques. Les neurochirurgiens peuvent utiliser cette technique pour mesurer le renflement causé par le gonflement du cerveau des forces mécaniques de la tumeur avant la réséguration de la tumeur.
Ensuite, ces données de patient ont été utilisées pour déterminer si le tissu cérébral a été déplacé par la force mécanique d'une tumeur ou remplacé par une tumeur. Les chercheurs ont constaté que lorsqu'il y a plus de force mécanique sur le cerveau (déplacement), l'enflure sera plus substantielle. Mais lorsqu'une tumeur envahit et détruit les tissus environnants (remplacement), l'enflure sera moins importante.
Les chercheurs ont créé des modèles de calcul basés sur un système ponctuel de mesures et de modélisation biomécanique qui peuvent être utilisés par les médecins pour mesurer le renflement du cerveau d'un patient, pour déterminer la force mécanique qui a été exercée par la tumeur et pour déterminer la quantité de tissu cérébral perdu chez chaque patient.
Financé par les National Institutes of Health, la National Science Foundation et diverses fondations de recherche sur le cancer, cette étude est parmi les premières à montrer comment la mécanique peut faire la distinction entre les types de tumeurs.
« Connaître la force mécanique d'une tumeur peut être utile à un clinicien car il pourrait éclairer les stratégies des patients pour atténuer les symptômes. Parfois, les patients reçoivent des stéroïdes pour réduire le gonflement du cerveau, ou les agents antipsychotiques pour contrer les effets neurologiques des tumeurs », a déclaré Datta, affilié de l'Institut de recherche sur le cancer de la Harper de Notre Dame. Datta a récemment montré que les médicaments même abordables et largement utilisés peuvent contrer ces effets. « Nous espérons que cette mesure deviendra encore plus pertinente et qu'elle peut aider à prédire les résultats de la chimiothérapie et de l'immunothérapie. »
Pour avoir une meilleure idée de ce que la force mécanique d'autre pourrait indiquer, l'équipe de recherche a utilisé la modélisation animale de trois tumeurs cérébrales différentes: les métastases du cancer du sein vers le cerveau, le glioblastome et l'épendymome infantile.
Dans la tumeur des métastases du cancer du sein, les chercheurs ont utilisé une forme de chimiothérapie connue pour réduire la taille des tumeurs cérébrales des métastases. En attendant que la tumeur réponde à la chimiothérapie, l'équipe a constaté qu'une réduction de la force mécanique avait changé avant que la taille de la tumeur ne change dans l'imagerie.
« Dans ce modèle, nous avons montré que la force mécanique est une lecture plus sensible de la réponse de chimiothérapie que la taille de la tumeur », a déclaré Datta. « Les mécanismes sont en quelque sorte agnostiques de la maladie en ce qu'ils peuvent avoir d'importance quelle que soit la tumeur que vous regardez. »
Datta espère que les médecins utilisent les modèles de patients de l'étude pour continuer à accroître la compréhension du domaine de la façon dont la force mécanique peut améliorer la gestion des soins aux patients.
En plus de Datta, les co-auteurs comprennent Hadi T. Nia à l'Université de Boston, Ashwin S. Kumar au Massachusetts General Hospital et la Harvard Medical School, et Saeed Siri à Notre Dame. Les autres collaborateurs incluent Gino B. Ferraro, Sampurna Chatterjee, Jeffrey M. McHugh, Patrick R. Ng, Timothy R. West, Otto Rapalino, Bryan D. Choi, Brian V. Nahed, Lance L. Munn et Rakesh K. Jain, tous à l'hôpital général du Massachusetts et à la Harvard Medical School.
Datta est également affiliée à l'Institut ECK pour la santé mondiale de Notre Dame, au Berthiaume Institute for Precision Health, Ndnano, au Warren Center for Drug Discovery, au Lucy Family Institute for Data & Society et au Boler-Parseghian Center for Rare Diseases. Elle est également membre du corps professoral simultané du Département de génie chimique et biomoléculaire et conseillère du corps professoral pour les programmes d'études supérieures de Notre Dame en bio-ingénierie et en science et ingénierie des matériaux.
