À l’aide de modèles 3D de tumeurs cancéreuses de l’ovaire, les scientifiques ont trouvé des différences dans l’activité des gènes en fonction de l’emplacement d’une cellule dans une tumeur, démontrant comment l’emplacement et l’environnement d’une cellule dans une tumeur cancéreuse peuvent fortement influencer les gènes actifs et le rôle de la cellule dans la biologie du cancer. Plus précisément, l’équipe co-dirigée par des chercheurs du National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), qui fait partie des National Institutes of Health, a montré que l’activité des gènes dans les cellules situées à la surface ou près de la surface d’une tumeur différait de celle des cellules plus proches de la centre tumoral.
L’approche associe l’utilisation d’une technologie pour révéler l’activité génétique de cellules individuelles dans une tumeur avec des colorants fluorescents qui se propagent dans les tumeurs. Les travaux pourraient permettre aux chercheurs d’étudier comment les mêmes maladies peuvent varier chez les personnes et progresser différemment. Cette recherche pourrait aider les cliniciens à identifier des stratégies de traitement axées sur des zones spécifiques des tumeurs, ce qui pourrait conduire à de meilleures thérapies pour les cancers et d’autres maladies. L’équipe a rendu compte de ses résultats le 21 juin en Systèmes cellulaires.
Il est communément admis que l’emplacement d’une cellule et son environnement environnant influencent l’identité de la cellule. Deux cellules peuvent être génétiquement identiques mais avoir des identités cellulaires différentes, ce qui signifie que des gènes différents sont activés en raison de leur emplacement et de leur environnement. Notre objectif était d’établir une méthode simple pour étudier ce concept dans plusieurs contextes. »
Craig Thomas, Ph.D., scientifique translationnel au NCATS
Le nouveau système, appelé segmentation par perfusion exogène, ou SEEP, tire parti d’un colorant qui se diffuse dans les cellules d’une tumeur à une vitesse définissable. La mesure de la quantité de colorant pénétrant dans les cellules tumorales individuelles fournit des informations sur l’emplacement de la cellule et, plus précisément, sur son accès à l’environnement extérieur. À l’aide de méthodes informatiques, les chercheurs ont lié ces informations à l’activité des gènes des cellules, permettant aux scientifiques de relier les identités des cellules à leur emplacement.
« Comprendre la relation des cellules entre elles et les effets de leurs positions dans l’espace a été une question fondamentale dans le cancer, les troubles neurologiques et d’autres domaines », a déclaré le co-auteur Tuomas Knowles, Ph.D., à l’Université de Cambridge.
Dans le travail, les chercheurs ont utilisé trois types de modèles de laboratoire 3D – sphéroïdes, organoïdes et modèles de souris – créés à partir de cellules cancéreuses ovariennes humaines. Les sphéroïdes sont des grappes de cellules en 3D cultivées dans une boîte de laboratoire qui peuvent imiter certains traits d’organes et de tissus. Les organoïdes, également cultivés dans un plat, sont des modèles 3D plus complexes qui imitent plus étroitement la fonction et la structure des organes et des tissus. Dans les modèles de souris, les chercheurs ont implanté des cellules cancéreuses ovariennes humaines pour former des tumeurs.
« Il est essentiel de comprendre que toutes les cellules d’une tumeur ne seront pas exposées à un médicament de la même manière », a déclaré Knowles. « Un médicament anticancéreux peut tuer les cellules à la surface d’une tumeur, mais les cellules du milieu sont différentes et affectées différemment. Cela contribue probablement à l’échec de certaines thérapies. »
La méthode SEEP a révélé que les cellules tumorales proches de la surface de la tumeur étaient plus susceptibles de subir une division cellulaire que les cellules plus proches du centre de la tumeur. Les cellules à la surface des tumeurs activent également les gènes pour les protéger des réponses du système immunitaire. Sans surprise, ces réponses géniques sont liées à la façon dont la tumeur se cache des défenses immunitaires de l’organisme.
Les chercheurs ont été surpris par les différences d’activité génique entre les cellules situées à la surface ou à proximité et celles situées plus à l’intérieur des modèles de tumeurs cancéreuses de l’ovaire. Les résultats pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre comment les tumeurs sont structurées. Ces informations pourraient conduire à des traitements améliorés. Une méthode possible de traitement du cancer pourrait consister à cibler des cellules susceptibles d’être affectées dans différentes zones des tumeurs.
« Certains types de cellules tumorales sont sensibles à certaines thérapies », a noté le premier auteur et étudiant en médecine de l’Université de Harvard, David Morse, Ph.D. « Savoir où se trouvent les cellules et leurs niveaux d’accessibilité dans la tumeur pourrait nous aider à décider comment utiliser des médicaments en combinaison. Cela pourrait nous aider à savoir combien de temps donner un médicament et quand passer à d’autres thérapies. »
