L’étude fournit une description mathématique du début des métastases tumorales

Une étude scientifique menée par l’Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) et l’Universidad Complutense de Madrid (UCM) a produit une description mathématique de la façon dont une tumeur envahit les cellules épithéliales et quantifie automatiquement la progression de la tumeur et de la îlots cellulaires restants après sa progression. Le modèle développé par ces chercheurs pourrait être utilisé pour mieux comprendre les caractéristiques biophysiques des cellules impliquées lors du développement de nouveaux traitements pour la cicatrisation des plaies, la régénération des organes ou la progression du cancer.

Cette recherche analyse le mouvement collectif des cellules dans les tissus, processus qui, en plus d’être essentiel dans les développements pathologiques, tels que l’invasion tumorale et les métastases, joue un rôle central dans les processus physiologiques, tels que la cicatrisation des plaies, le développement embryonnaire ou la reconstruction tissulaire, par exemple. Afin de démêler la complexité de ces processus, certaines études scientifiques antérieures ont mené diverses expériences visant à déterminer le rôle de certains facteurs chimiques, mécaniques et biologiques.

Dans ce travail, publié dans PLoS Computational Biology, des chercheurs de l’UC3M et de l’UCM ont maintenant utilisé une combinaison de modélisation mathématique, de simulations numériques et d’une analyse topologique de données extraites de simulations et d’expériences afin de comprendre comment les cellules cancéreuses envahissent les cellules saines. « Une simplification des stades précoces des métastases cancéreuses est que les cellules tumorales se déplacent collectivement et déplacent un groupe de cellules normales dans des tissus sains », expliquent les auteurs de l’article, Luis L. Bonilla et Carolina Trenado, du département de mathématiques de l’UC3M, et Ana Carpio, du Département de mathématiques appliquées de l’UCM.

«En sélectionnant les bons groupes de cellules et en utilisant un logiciel et une dynamique cellulaire appropriés, nous avons pu simuler la manière dont les cellules cancéreuses envahissent les tissus sains», notent les scientifiques. Afin de réaliser cette simulation, ils ont utilisé des données d’expériences précédentes et un diagramme de Voronoi (du nom du mathématicien russe Gregory Voronoi) pour effectuer une tessellation irrégulière dans laquelle les cellules sont des polygones qui ne se chevauchent pas et n’ont pas d’espaces entre eux. Dans le modèle, les centres des cellules sont soumis à des forces d’origine différente, expliquent les chercheurs, certains maintiennent la tessellation et optimisent la surface et le périmètre, d’autres sont des forces d’inertie d’origine biologique, et il y a des forces actives alignant les vitesses des cellules voisines , ainsi que la friction et le bruit.

Afin de suivre automatiquement la progression de la barrière ou de la frontière entre les cellules cancéreuses et normales, les chercheurs ont utilisé des techniques d’analyse de données topologiques, qui sont utilisées pour la première fois dans ce type d’étude. «Sur la base d’une série d’images successives issues d’expériences, ainsi que de simulations numériques, les changements topologiques des interfaces ont été regroupés, tracés et classés automatiquement au fur et à mesure de la progression des cellules cancéreuses», notent les scientifiques.

Les techniques développées dans le cadre de cette étude peuvent être étendues à un volume de données plus important, si ces études devaient être menées à plus grande échelle. En plus de cela, ces mêmes techniques peuvent être pertinentes dans le domaine de la bio-ingénierie tissulaire pour étudier comment les caractéristiques biophysiques de différents matériaux affectent la régénération des organes et des tissus.