Les recherches de l’Oregon State University ont jeté un nouvel éclairage sur la façon dont les cellules malignes changent de forme et les techniques de migration pour envahir différents types de tissus.
Les conclusions, publiées dans Rapports scientifiques, sont une étape clé vers la compréhension et la prévention des métastases cancéreuses, la propagation interne de la maladie qui est responsable de 95% de tous les décès par cancer.
« Au cours de milliards d’années d’évolution, les cellules ont appris un certain nombre de façons distinctes de migrer », a déclaré le biophysicien de l’OSU, Bo Sun, qui a dirigé l’étude. « Dans le développement normal et les processus physiologiques de maintien de la santé tels que la cicatrisation des plaies, des programmes de migration spécifiques sont exécutés si nécessaire. Dans le cas d’une tumeur, cependant, ces programmes de migration sont exploités par les cellules cancéreuses pour maintenir leur invasion dans les tissus. »
La capacité d’une cellule cancéreuse à changer de forme et à changer de mode de déplacement joue un rôle énorme dans le pronostic d’un patient cancéreux, explique Sun.
De nombreuses thérapies contre le cancer qui ciblent une manière particulière de déplacer une cellule peuvent échouer à arrêter les métastases tumorales en grande partie parce que les cellules passent à un autre programme de migration disponible. »
Bo Sun, biophysicien de l’OSU
Sun et ses collaborateurs des collèges de sciences et d’ingénierie de l’OSU ont utilisé un type d’intelligence artificielle appelé vision par ordinateur pour suivre le programme de migration d’une cellule en fonction de sa forme ; la vision par ordinateur tire des informations de photos numériques, de vidéos et d’autres entrées visuelles.
Pour cette étude, les scientifiques ont examiné les cellules de MDA-MB-23, une lignée de cellules cancéreuses du sein hautement invasives couramment utilisées dans la recherche médicale. Sun compare l’analyse de la forme des cellules à la détermination si un nageur fait le dos, la brasse ou le papillon en fonction de la position dans laquelle les nageurs placent leur corps et des mouvements qu’ils exécutent.
« La forme cellulaire est déterminée par la fonction cellulaire, et la perte de forme caractéristique est associée à une anomalie fonctionnelle », a déclaré Sun. « C’est pourquoi la caractérisation de la forme a été un outil important pour le diagnostic du cancer ainsi que dans d’autres conditions telles que la maladie des globules rouges ou les troubles neurologiques. »
Les résultats montrent que les cellules cancéreuses modifient leurs modes de migration beaucoup plus souvent qu’on ne le pensait auparavant, dit-il.
« Bien que la commutation constante que nous avons observée dans les cellules cancéreuses du sein que nous avons étudiées ne maximise pas nécessairement leur vitesse dans un type de tissu particulier, elle permet aux cellules d’envahir des environnements tissulaires hétérogènes », a déclaré Sun.
Au cours de la métastase, une cellule cancéreuse migrante doit se frayer un chemin à travers une matrice extracellulaire qui possède des propriétés mécaniques distinctes et variables, notent les chercheurs.
La matrice extracellulaire, ou MEC, est la partie non cellulaire des tissus et des organes. Il agit comme un échafaudage et, grâce à sa variété de molécules biologiquement actives, effectue une gamme de tâches biochimiques et biomécaniques importantes.
Les techniques d’apprentissage automatique et de visualisation utilisées par les scientifiques ont montré que les changements de forme d’une cellule sont régulés par le hub de contrôle moléculaire, la signalisation Rho/ROCK, qu’une cellule utilise pour détecter son environnement physique et générer la force nécessaire au mouvement.
À l’aide d’un modèle représentant deux couches de matrice extracellulaire mécaniquement distinctes, les scientifiques ont montré que les cellules changeaient progressivement de forme et de programme de mouvement à mesure qu’elles s’approchaient et traversaient l’interface des couches. Cela suggère que ces transitions sont essentielles pour la métastase des cellules cancéreuses, ce qui nécessite la navigation de la MEC non uniforme.
« La façon dont la forme d’une cellule change – sa morphodynamique – est un facteur crucial pour déterminer son potentiel invasif et, à notre connaissance, cela n’a en grande partie pas été étudié », a déclaré Sun. « La morphodynamique des cellules cancéreuses migrantes s’annonce comme un outil puissant pour inspecter l’état interne et le microenvironnement des cellules. Des recherches futures sont nécessaires pour décoder la morphodynamique en un langage corporel riche et compréhensible des cellules, et pour affecter la morphodynamique en tant que moyen de contrôler ce que font les cellules.
Les collègues de l’OSU Christopher Eddy, Helena Raposo, Aayushi Manchanda, Ryan Wong et Fuxin Li ont collaboré avec Sun.
La Fondation Gordon et Betty Moore, la National Science Foundation, le ministère de la Défense et l’Institut national des sciences médicales générales ont financé l’étude.
