Dans la recherche sur le cancer, tout se résume à une seule cellule.
Au cours de la dernière décennie, les chercheurs sur le cancer se sont concentrés sur le fait qu’une cellule individuelle d’une tumeur peut être utilisée pour effectuer des analyses moléculaires qui révèlent des indices importants sur la façon dont le cancer s’est développé, comment il se propage et comment il peut être ciblé.
Dans cet esprit, une équipe de chercheurs de l’Université Brown a mis au point une méthode avancée pour isoler des cellules individuelles de tissus complexes. Dans une étude publiée dans Rapports scientifiquesils montrent comment l’approche aboutit non seulement à des cellules individuelles intactes de haute qualité, mais est également supérieure aux méthodes d’isolement standard en termes de main-d’œuvre, de coût et d’efficacité.
Le défi consistait à développer une technologie permettant aux chercheurs d’isoler plus rapidement et plus facilement les cellules des tissus cancéreux biopsiés pour les préparer à l’analyse, a déclaré Anubhav Tripathi, auteur de l’étude et directeur du génie biomédical chez Brown.
D’un point de vue technologique, rien de tel n’est actuellement disponible sur le marché. Cette technologie sera utile pour ceux qui recherchent des réponses utilisant la génomique, la protéomique, la transcriptomique – ; cela facilitera non seulement ces investigations diagnostiques et thérapeutiques, mais fera également gagner du temps et des efforts aux chercheurs. »
Anubhav Tripathi, auteur de l’étude et directeur du génie biomédical à l’Université Brown
Tripathi a ajouté qu’au-delà des applications cliniques, la technologie sera utile dans des applications biomédicales telles que l’ingénierie tissulaire et la culture cellulaire.
Dans l’analyse unicellulaire, des techniques de séquençage avancées sont utilisées pour obtenir des profils génétiques de cellules individuelles. Cela s’applique particulièrement aux tissus cancéreux, où des mutations rares peuvent entraîner des métastases et des résultats de réponse au traitement. Une limitation majeure de la traduction clinique de l’analyse unicellulaire est la difficulté d’isoler des cellules uniques à partir de tissus complexes, a déclaré le co-auteur Nikos Tapinos, professeur agrégé de neurochirurgie et de neurosciences à Brown.
Tapinos a décrit un flux de travail typique en utilisant l’exemple d’une tumeur au cerveau : un morceau de la tumeur serait retiré dans une salle d’opération et apporté à un laboratoire. Là, les chercheurs utiliseraient un processus impliquant des enzymes pour extraire les acides nucléiques d’échantillons de tissus en vrac et effectueraient ensuite un séquençage génétique en masse.
Ce processus entraîne des lectures génétiques à faible résolution et potentiellement inexactes et une mauvaise détection des types de cellules rares, a déclaré Tapinos. Les conséquences de la perte de ces informations peuvent être profondes, a-t-il noté, y compris la possibilité d’un diagnostic erroné du patient, créant un décalage important entre le moment où la tumeur est retirée du patient et le moment où les cellules sont prêtes pour le séquençage de l’ARN.
« Il y a un énorme besoin d’une technologie qui permette de retirer les tissus du patient et, en quelques minutes, donne des cellules uniques viables et saines à partir desquelles l’ARN peut être isolé », a déclaré Tapinos. « C’est exactement ce que fait ce nouveau processus.
Les avantages de l’électricité par rapport aux enzymes
Dans le nouveau procédé, une biopsie tissulaire est placée dans un réceptacle rempli de liquide entre deux électrodes plates parallèles. Au lieu d’enzymes, des fluctuations de champ électrique sont appliquées pour créer des forces opposées dans le liquide. Ces forces amènent les cellules tissulaires à se déplacer dans une direction puis dans la direction opposée, ce qui les amène à se séparer ou à se dissocier proprement les unes des autres.
Cette approche a été inventée par l’auteur de l’étude Cel Welch, titulaire d’un doctorat Brown de quatrième année. candidat en génie biomédical dans le laboratoire de Tripathi.
« Le Dr Tripathi a fait beaucoup de travail dans son laboratoire en utilisant les champs électriques et la microfluidique », a déclaré Welch. « Après avoir vu comment les champs électriques pourraient être utilisés dans d’autres applications de diagnostic, nous avons eu l’idée de faire quelque chose d’unique avec le champ électrique qui n’avait jamais été fait auparavant. Sur la base du corpus de recherche existant sur la manipulation des particules biologiques, nous avons formulé une hypothèse. sur la façon dont cela fonctionnerait. »
Le nouveau processus a entraîné la dissociation du tissu de biopsie en aussi peu que 5 minutes – ; trois fois plus rapide que les principales techniques enzymatiques et mécaniques décrites par Tripathi et Welch dans une étude précédente.
L’approche a également abouti à « une bonne dissociation des tissus en cellules individuelles tout en préservant la viabilité cellulaire, la morphologie et la progression du cycle cellulaire, suggérant une utilité pour la préparation d’échantillons d’échantillons de tissus pour une analyse unicellulaire directe », a conclu l’étude.
Selon les chercheurs, la nouvelle approche est, au minimum, 300 % plus efficace que même les techniques les plus optimisées utilisant la dissociation chimique et mécanique simultanée.
Un autre avantage du processus, a déclaré Welch, est la compacité de l’appareil qu’ils ont créé : « Dans le flux de travail traditionnel, vous devez utiliser plusieurs instruments de laboratoire différents, comme un instrument de centrifugation, qui coûtent plusieurs milliers de dollars chacun. Cette approche pour la préparation d’échantillons unicellulaires ne nécessite qu’un seul appareil. »
L’équipe de recherche a déposé une demande de brevet américain et mondial pour le dispositif et la méthodologie associée, avec l’aide de Brown Technology Innovations, le bureau de transfert de technologie de l’université.
Les échantillons utilisés dans l’étude étaient des tissus de foie de bovin, des cellules de cancer du sein triple négatif et des tissus de glioblastome clinique humain. L’équipe de recherche affine actuellement la technologie et développe un appareil qui sera capable de traiter rapidement et efficacement plusieurs types différents d’échantillons de biopsie tissulaire à petite échelle à la fois, à un coût très faible.
La nouvelle étude a expliqué la base scientifique du processus, a déclaré Welch. « Maintenant, nous travaillons sur un nouveau dispositif qui est spécifiquement orienté vers la création de ce système hautement optimisé pour l’utilisation de ce phénomène physique. »
« Un chercheur pourra simplement appuyer sur un bouton et, en quelques minutes, disposer des cellules individuelles dont il a besoin pour l’analyse », a déclaré Tapinos. « C’est vraiment incroyable. »
Harry Yu, diplômé de l’Université Brown, et Gilda Barabino, présidente du Franklin W. Olin College of Engineering, ont également contribué à cette recherche. Le travail a été soutenu par un financement de PerkinElmer, où Tripathi sert de conseiller/consultant scientifique rémunéré et de conférencier.
