La majorité des cancers du sein prennent naissance dans la muqueuse des canaux galactophores et, s’ils y restent, sont très traitables. Mais une fois que ces cancers deviennent invasifs – traversant une fine matrice autour du canal, appelée membrane basale, et se propageant aux tissus environnants – le traitement devient plus difficile.
Dans un article récent, publié le 13 novembre dans Matériaux naturels, des chercheurs de Stanford ont révélé un nouveau mécanisme physique utilisé par les cellules cancéreuses du sein pour éclater et devenir invasives. Ils ont découvert qu’en plus des méthodes chimiques établies pour dégrader la membrane basale, les cellules cancéreuses travaillent en groupe pour se déformer physiquement et déchirer la barrière de la membrane basale.
Lorsque ce processus d’invasion a été étudié, l’accent a généralement été mis sur des cellules individuelles. Mais ce que nous savons, c’est que l’invasion est en réalité de nature collective, impliquant des groupes de cellules travaillant ensemble pour pénétrer à travers la membrane basale. Notre travail a élucidé comment les cellules agissent ensemble pour percer la membrane basale, faisant ainsi progresser notre compréhension fondamentale de cette transition critique dans la progression du cancer.
Ovijit Chaudhuri, professeur agrégé de génie mécanique et de bio-ingénierie
Un modèle pour les forces mécaniques
Des recherches antérieures ont montré que les cellules cancéreuses individuelles peuvent produire des enzymes, appelées protéases, qui détruisent une partie de la membrane basale, mais les traitements inhibant les protéases n’ont pas réussi à empêcher les cellules cancéreuses de se détacher. Chaudhuri et ses collègues ont pensé que d’autres mécanismes devaient être à l’œuvre. Ils ont donc développé un nouveau modèle pour étudier le cancer du sein et la membrane basale en trois dimensions.
« Ce que nous examinons réellement, ce sont les forces mécaniques impliquées, ce qui constitue une perspective différente », a déclaré Julie Chang, qui a mené les travaux en tant que doctorante dans le laboratoire de Chaudhuri et est l’un des principaux auteurs de l’article. « Le paradigme actuel est que les cellules utilisent des produits chimiques pour se dégrader à travers la membrane basale, mais nous montrons que cet aspect physique est tout aussi important. »
Les chercheurs ont conçu un hydrogel 3D qui imite les propriétés du tissu mammaire et des structures cellulaires cultivées, appelées acini, qui présentent les caractéristiques d’un canal mammaire et sont entourées de leur propre membrane basale. Ils ont marqué la membrane basale avec des marqueurs fluorescents afin de pouvoir voir et mesurer toute déformation lorsque les cellules cancéreuses interagissaient avec elle. Et ce qu’ils ont vu les a surpris.
Les cellules cancéreuses piégées dans les acini ont gonflé ensemble, provoquant l’étirement de la membrane basale comme un ballon. Ce processus d’étirement a aminci et affaibli la membrane basale, ce qui a permis aux cellules cancéreuses proches de la membrane d’appliquer des forces supplémentaires pour ouvrir des trous et s’échapper.
« Les cellules se dilatent et augmentent leur volume à l’unisson, puis tirent localement pour déchirer la membrane basale », a déclaré Aashrith Saraswathibhatla, chercheur postdoctoral au laboratoire de Chaudhuri et co-auteur principal de l’article. « Cette expansion collective des volumes n’avait pas été prévue auparavant – personne n’y pensait. »
Les chercheurs ont déterminé que les principales conclusions de leur modèle 3D étaient cohérentes avec ce qui a été observé chez les patientes atteintes d’un cancer du sein invasif. Ils ont également consulté des collègues de l’Université de Pennsylvanie qui ont pu valider leurs résultats avec une modélisation informatique, confirmant que les forces physiques impliquées pourraient théoriquement permettre aux cellules de traverser la membrane basale.
De nouveaux mécanismes à de nouveaux traitements
Comprendre comment les cellules cancéreuses agissent ensemble et les forces mécaniques qu’elles appliquent pourrait conduire à de nouvelles stratégies thérapeutiques pour bloquer l’invasion. Cela pourrait également aider les chercheurs à déterminer quelles patientes atteintes d’un cancer du sein pré-invasif sont les plus susceptibles de voir leur cancer éclater et se propager, ce qui pourrait donner lieu à des traitements plus ciblés.
Bien que ces travaux ne constituent que la première étape vers ces possibilités, les chercheurs continuent de progresser dans ce domaine. Ils étudient comment les cellules cancéreuses interagissent physiquement avec le tissu mammaire environnant une fois qu’elles traversent la membrane basale et approfondissent la compréhension de la membrane basale elle-même – en examinant à la fois les caractéristiques mécaniques et structurelles – pour mieux comprendre pourquoi certaines tumeurs deviennent invasives et d’autres. ne le faites pas.
« Ce mécanisme d’expansion du volume global représente une nouvelle vision de la manière dont les tumeurs du sein deviennent invasives, issue du développement d’un modèle de culture 3D qui nous a permis de visualiser le processus d’invasion », a déclaré Chaudhuri. « Cela met en évidence les comportements émergents apparaissant dans des groupes de cellules agissant ensemble qui permettent l’invasion du cancer. »
