Les cellules tumorales ne se montreront pas dans une boîte de Pétri, isolées des autres cellules.
Pour découvrir comment ils se comportent réellement, les chercheurs de l’Université Rice ont développé un modèle de tumeur amélioré qui abrite des cellules d’ostéosarcome à côté de cellules immunitaires appelées macrophages à l’intérieur d’une structure tridimensionnelle conçue pour imiter l’os. En utilisant le modèle, le bio-ingénieur Antonios Mikos et ses collaborateurs ont découvert que la réponse immunitaire du corps peut rendre les cellules tumorales plus résistantes à la chimiothérapie.
L’étude publiée dans Biomatériaux, explique pourquoi certains médicaments anticancéreux qui semblent être de bons candidats en laboratoire ne fonctionnent pas aussi bien que prévu chez les patients réels. Il souligne les faiblesses de la modélisation traditionnelle des tumeurs et montre la voie vers des thérapies anticancéreuses plus efficaces.
Les modèles de tumeurs existants utilisés pour tester les performances des médicaments ne reproduisent pas assez fidèlement l’environnement réel du corps humain. Nous essayons de créer un environnement pour l’expérience qui soit plus proche de ce qui se passe dans l’organisme des patients réels. Avoir un tel environnement nous permettra de tester plusieurs médicaments de manière rapide et rentable. »
Antonios Mikos, Département de bioingénierie, Université Rice
Le laboratoire de Mikos avait montré dans des travaux antérieurs que les cellules cancéreuses sont sensibles aux propriétés mécaniques de leur substrat.
« En règle générale, les cellules seraient cultivées sur une surface plane, comme dans une boîte de Pétri », a déclaré Letitia Chim, qui a récemment obtenu un doctorat à Rice et était l’auteur principal de l’étude. « Si vous utilisez un microscope pour regarder les échafaudages en forme de disque que nous avons développés, vous pouvez voir qu’ils sont constitués de ces structures de fibres à l’échelle de ce que les cellules reconnaîtraient. Les cellules peuvent sentir que ce substrat est plutôt tridimensionnel. de plat – ; plus proche de ce qu’est la structure osseuse. »
Les échafaudages sont fabriqués à partir de deux matériaux différents : un polymère synthétique très rigide et de la gélatine. En modifiant le rapport des matériaux, les chercheurs peuvent contrôler la rigidité globale des fibres.
« Ce qui est nouveau ici et très révélateur, c’est que nous avons ajouté un niveau de complexité supérieur ; les cellules immunitaires qui font partie du microenvironnement tumoral ; et avons examiné comment la combinaison de la réactivité mécanique du substrat et la présence d’autres cellules facteurs dans le développement et le comportement des tumeurs », a déclaré Mikos.
« Dans une tumeur, vous n’avez pas seulement les cellules cancéreuses, vous avez d’autres cellules qui envoient des signaux qui peuvent affecter la façon dont les cellules cancéreuses répondront au traitement », a déclaré Chim.
Les chercheurs ont découvert qu’une inflammation accrue causée par les macrophages réduisait l’efficacité de la doxorubicine, l’un des agents chimiothérapeutiques utilisés pour traiter l’ostéosarcome, qui est la forme la plus courante de cancer des os.
« Nous nous sommes intéressés aux macrophages associés aux tumeurs, car ils peuvent constituer jusqu’à 50 % de la tumeur », a déclaré Chim. « Les tumeurs ont parfois été décrites comme des plaies qui ne guérissent jamais, et c’est en partie dû au fait que les macrophages envoient des signaux de cicatrisation. Dans les tissus normaux, cela fonctionne bien, mais cela peut également être bénéfique pour la tumeur. »
Les modèles précliniques qui imitent plus précisément les tumeurs peuvent aider les chercheurs à identifier les thérapies les plus efficaces dans un contexte donné.
« Cela va être utile pour concevoir des thérapies qui ciblent non seulement les cellules cancéreuses mais aussi les cellules immunitaires, ou qui incitent les cellules immunitaires à modifier essentiellement leur fonction », a déclaré Mikos.
« Un objectif majeur de notre recherche est de développer des systèmes ou des plates-formes de test personnalisés où les caractéristiques de la tumeur du patient sont utilisées pour trouver un modèle thérapeutique qui lui convient le mieux », a déclaré Chim. « Je dirais que c’est la vision de la médecine personnalisée du futur : pouvoir répondre à la question, y a-t-il des traitements ciblés particuliers qui fonctionnent bien pour ce patient ?
« L’ostéosarcome est une maladie rare qui est souvent négligée. C’est aussi une maladie très compliquée qui se manifeste différemment chez chaque patient. C’est une autre raison pour laquelle ce serait finalement formidable si nous pouvions développer une approche de médecine personnalisée pour le traitement de l’ostéosarcome.
« Le microenvironnement tumoral joue clairement un rôle important dans le déroulement de la progression de la maladie et du traitement », a déclaré Mikos. « C’est pourquoi nous nous efforçons de développer un niveau optimal de complexité qui capture la vue d’ensemble de ce qui se passe réellement à l’intérieur d’un organisme vivant. »
Caleb Bashor, professeur adjoint de bio-ingénierie et de biosciences, et Isabelle Williams, diplômée de premier cycle, sont co-auteurs de l’étude.
Mikos est titulaire de la chaire Louis Calder de bioingénierie et de génie chimique et biomoléculaire de Rice et directeur du Centre d’excellence en génie tissulaire et du laboratoire JW Cox de génie biomédical.
Les National Institutes of Health (R01CA180279, P41EB023833) ont financé la recherche.
