Des chercheurs européens travaillent sur un nouveau dispositif hybride pour mieux comprendre le processus métastatique des cellules cancéreuses voyageant du sein aux os et dépister rapidement de nouveaux médicaments contre celui-ci.
La propagation des cellules cancéreuses à d’autres parties du corps, connue sous le nom de métastase, est la principale cause de décès liés au cancer. Selon l’Institut national du cancer des États-Unis, en 2018, il y a eu 9,5 millions de décès dus au cancer dans le monde et un pourcentage élevé de ceux-ci impliquaient des tumeurs qui s’étaient propagées dans tout le corps.
Cependant, le processus métastatique reste l’un des aspects les plus énigmatiques de la maladie. Pour le comprendre, il faut prendre du recul et regarder la biologie de la tumeur primitive.
Roger Gomis, responsable du groupe contrôle de la croissance et métastases cancéreuses à l’Institut de recherche en biomédecine, à Barcelone, explique: « Essentiellement, ce que vous avez dans une tumeur est une cellule originale ou un petit groupe de cellules qui reçoivent des signaux oncogènes, tels que le tabac ou la lumière UV. Ces intrants induisent des altérations appelées mutations, qui font que les cellules commencent à proliférer de manière dérégulée. La masse tumorale commence à croître et à s’étendre et, afin de ne pas manquer d’approvisionnement et de s’effondrer, certaines cellules cancéreuses se propagent à d’autres Les cellules cancéreuses se propagent non pas parce qu’elles sont codées dans la métastase, mais simplement parce qu’elles sont encombrées. «
Ce que nous observons dans le cancer est un processus accéléré d’espèces évolutives, essayant de quitter un site pour se développer sur un sol étranger. Le site où les cellules tumorales se métastasent n’est pas aléatoire, il suit plutôt un modèle tissulaire spécifique basé sur la théorie darwinienne de l’évolution.
Gomis utilise les îles Galapagos comme exemple pour expliquer. «Vous avez une population d’oiseaux qui ont volé d’Equateur. Ils atteignent les îles et s’adaptent aux conditions de chaque île, formant de nouvelles espèces d’oiseaux. Pourquoi les oiseaux ont-ils colonisé les îles Galapagos et non les chiens ou les reptiles? Parce qu’ils pouvaient voler! La génétique a donc fait d’eux des candidats. Mais alors, il y a un processus d’adaptation qui est imposé par les caractéristiques de la destination, par exemple les latitudes et où se trouve la nourriture », dit-il.
En termes de métastases, c’est pareil. Le fait que les cellules métastatiques se métastasent sur un site particulier dépend de la génétique des cellules, des caractéristiques du tissu métastatique et de la capacité des cellules tumorales à s’adapter et à se développer dans le nouvel environnement. Le cancer du sein en est un bon exemple.
Les os sont l’endroit le plus fréquent où les cellules métastatiques du cancer du sein ont tendance à aller. Bien que la recherche sur les tumeurs se soit développée de façon exponentielle au cours des dernières années, le principal obstacle à la diminution de la mortalité est de découvrir où les cellules cancéreuses se propageront. Pour comprendre le processus, les scientifiques ont besoin de modèles de cancer pertinents, qui font défaut.
La principale raison pour laquelle il a été si difficile de traduire les résultats dans les contextes cliniques est que les modèles de laboratoire ne tiennent parfois pas compte de tout ce que nous avons dans les cliniques. Les souris de laboratoire, en termes de métastases, ne récapitulent pas toujours ce que nous voyons chez les patients. Par exemple, le cancer du sein que nous générons chez la souris a tendance à se métastaser au poumon mais il est rare de le voir dans les os. «
Roger Gomis, Institut de recherche en biomédecine, Barcelone
Fournir de meilleurs modèles pour faire la lumière sur le processus métastatique osseux est l’objectif du projet B2B, soutenu par le programme EU Future and Emerging Technologies (FET). Son consortium interdisciplinaire crée un appareil de pointe qui imite le processus de métastase spontanée du sein à l’os.
Leur technologie innovante comprend une lésion de cancer du sein dérivée d’une patiente connectée à un os reconstruit via un réseau vasculaire complexe. «Le système fluidique imite les caractéristiques des vaisseaux sanguins humains qui se nourrissent et relient les cellules tumorales vivantes du cancer du sein au tissu métastatique cible, qui est l’os», explique Silvia Scaglione, chef de groupe du laboratoire CNR-IEIIT Bioengineering de Gênes, et coordinatrice du projet.
Le niveau de complexité physiologique du projet est vraiment élevé mais cela est nécessaire si nous voulons capturer tous les éléments clés du processus métastatique. « Habituellement, le cancer est étudié à l’aide de modèles statiques in vitro ou de modèles animaux in vivo. Cependant, les deux approches ne parviennent pas à récapituler le processus métastatique pour différentes raisons. Le modèle statique ne peut pas imiter les connexions fluidiques entre le cancer du sein et le côté métastatique, tandis que le modèle animal ne ressemble pas à l’apparition spontanée de métastases mammaires », dit-elle.
En cas de succès, le dispositif B2B sera une alternative in vitro dotée de trois nouvelles technologies complémentaires. Le premier est des organoïdes de taille cliniquement pertinente qui sont capables de ressembler à ce qui se passe in vivo. «Si vous miniaturisez trop le tissu cancéreux, comme dans certaines autres approches in vitro, vous perdez certaines caractéristiques biochimiques et moléculaires telles qu’un noyau hypoxique dans le tissu tumoral», explique Scaglione.
La seconde est la génération de l’ossicule, le tissu osseux contenant la cible de la métastase, in vitro. «Nous avons commencé à utiliser des modèles de souris pour fabriquer l’ossicule, car il est impossible avec nos connaissances dans le monde de créer la moelle osseuse, qui est la cible des cellules cancéreuses métastatiques. En parallèle, le partenaire impliqué dans cette tâche travaille sur un nouvelle approche in vitro utilisant des cellules souches dérivées du patient pour créer du tissu osseux et ainsi passer complètement l’étape animale », déclare Scaglione.
Le troisième est le système fluidique qui relie les tissus mammaires et osseux, entièrement basé sur la physiologie humaine. Le système consiste en un réseau capillaire micro-vasculaire, qui se forme spontanément autour du tissu tumoral, connecté à un arbre macro-vasculaire bio-imprimé fonctionnel.
Scaglione voit un avenir où toute diaphonie entre les organes peut être étudiée à l’aide de la plate-forme B2B, réduisant ainsi le besoin de modèles animaux et aidant les scientifiques à faire progresser les connaissances sur les tumeurs. «Nous avons sélectionné les métastases mammaires comme étude de cas mais, bien sûr, notre plateforme sera adaptée pour de nombreuses autres maladies», dit-elle, «Pas nécessaire pour le cancer, mais, par exemple, la fibrose ou d’autres cas où vous avez une interaction entre différents tissus vascularisés et connectés fluidiquement. De plus, la plateforme sera utile pour étudier la pharmacocinétique de tout type de médicaments. «
Scaglione pense également que cette technologie accélérera l’identification des thérapies supprimant les métastases pour les patientes atteintes d’un cancer du sein et aidera à pré-cribler de nouvelles thérapies personnalisées contre le cancer, qui auront à terme un impact élevé pour les patientes oncologiques.
