On estime qu'il y en a environ 80, 000 produits chimiques industriels actuellement utilisés, dans des produits tels que les vêtements, solutions de nettoyage, les tapis, et meubles. Pour la grande majorité de ces produits chimiques, les scientifiques ont peu ou pas d'informations sur leur potentiel de provoquer le cancer.

La détection des dommages à l'ADN dans les cellules peut prédire si le cancer va se développer, mais les tests pour ce type de dommages ont une sensibilité limitée. Une équipe d'ingénieurs en biologie du MIT a maintenant mis au point une nouvelle méthode de dépistage qui, selon eux, pourrait accélérer ces tests. Plus facile, et plus précis.

Le programme national de toxicologie, un organisme de recherche gouvernemental qui identifie les substances potentiellement dangereuses, travaille maintenant à l'adoption du test MIT pour évaluer de nouveaux composés.

"Mon espoir est qu'ils l'utilisent pour identifier les cancérogènes potentiels et que nous les sortions de notre environnement, et empêcher qu'elles soient produites en quantités massives, " dit Bevin Engelward, professeur de génie biologique au MIT et auteur principal de l'étude. "Il peut s'écouler des décennies entre le moment où vous êtes exposé à un agent cancérigène et le moment où vous contractez le cancer, nous avons donc vraiment besoin de tests prédictifs. Nous devons avant tout prévenir le cancer."

Le laboratoire d'Engelward travaille maintenant à valider davantage le test, qui utilise des cellules semblables au foie humain qui métabolisent les produits chimiques de manière très similaire aux vraies cellules hépatiques humaines et produisent un signal distinctif lorsque l'ADN est endommagé.

Le Ngo, un ancien étudiant diplômé du MIT et postdoctoral, est l'auteur principal de l'article, qui paraît aujourd'hui dans la revue Recherche sur les acides nucléiques . Parmi les autres auteurs de l'article au MIT, citons la postdoctorante Norah Owiti, étudiant diplômé Yang Su, ancien étudiant diplômé Jing Ge, Aoli Xiong, étudiant diplômé de l'Alliance Singapour-MIT pour la recherche et la technologie, professeur de génie électrique et d'informatique Jongyoon Han, et professeur émérite de génie biologique Leona Samson.

Carol Swartz, John Winters, et Leslie Recio de Integrated Laboratory Systems sont également les auteurs de l'article.

Détecter les dommages à l'ADN

Actuellement, les tests pour le potentiel cancérigène des produits chimiques impliquent d'exposer des souris au produit chimique et d'attendre ensuite de voir si elles développent un cancer, ce qui prend environ deux ans.

Engelward a passé une grande partie de sa carrière à développer des moyens de détecter les dommages à l'ADN dans les cellules, qui peut éventuellement conduire au cancer. L'un de ces appareils, la puce Comet, révèle les dommages à l'ADN en plaçant l'ADN dans un réseau de micropuits sur une plaque de gel polymère, puis en l'exposant à un champ électrique. Les brins d'ADN qui ont été brisés voyagent plus loin, produisant une queue en forme de comète.

Alors que la CometChip est bonne pour détecter les ruptures dans l'ADN, ainsi que des dommages à l'ADN qui sont facilement convertis en cassures, il ne peut pas prendre un autre type de dommage connu sous le nom de lésion volumineuse. Ces lésions se forment lorsque des produits chimiques collent à un brin d'ADN et déforment la structure en double hélice, interférant avec l'expression des gènes et la division cellulaire. Les produits chimiques qui causent ce genre de dommages comprennent l'aflatoxine, qui est produit par des champignons et peut contaminer les arachides et d'autres cultures, et le benzo[a]pyrène, qui peuvent se former lorsque les aliments sont cuits à haute température.

Engelward et ses étudiants ont décidé d'essayer d'adapter la CometChip afin qu'elle puisse détecter ce type de dommages à l'ADN. Pour faire ça, ils ont profité des voies de réparation de l'ADN des cellules pour générer des cassures de brins. Typiquement, lorsqu'une cellule découvre une lésion volumineuse, il essaiera de la réparer en coupant la lésion puis en la remplaçant par un nouveau morceau d'ADN.

"S'il y a quelque chose de glommé sur l'ADN, vous devez arracher cette portion d'ADN et la remplacer par de l'ADN frais. Dans ce processus de déchirure, vous créez une rupture de brin, " dit Engelward.

Pour capturer ces brins cassés, les chercheurs ont traité les cellules avec deux composés qui les empêchent de synthétiser un nouvel ADN. Cela arrête le processus de réparation et génère un ADN simple brin non réparé que le test Comet peut détecter.

Les chercheurs voulaient également s'assurer que leur test, qui s'appelle HepaCometChip, détecterait les produits chimiques qui ne deviennent dangereux qu'après avoir été modifiés dans le foie par un processus appelé bioactivation.

"Beaucoup de produits chimiques sont en fait inertes jusqu'à ce qu'ils soient métabolisés par le foie, " dit Ngo. " Dans le foie, vous avez beaucoup d'enzymes métabolisantes, qui modifient les produits chimiques afin qu'ils soient plus facilement excrétés par le corps. Mais ce processus produit parfois des intermédiaires qui peuvent s'avérer plus toxiques que le produit chimique d'origine."

Pour détecter ces produits chimiques, les chercheurs ont dû effectuer leur test dans des cellules hépatiques. Les cellules hépatiques humaines sont notoirement difficiles à cultiver en dehors du corps, mais l'équipe du MIT a pu incorporer un type de cellule semblable au foie appelé HepaRG, développé par une entreprise en France, dans le nouveau test. Ces cellules produisent bon nombre des mêmes enzymes métaboliques que celles trouvées dans les cellules hépatiques humaines normales, et comme les cellules hépatiques humaines, they can generate potentially harmful intermediates that create bulky lesions.

Enhanced sensitivity

Pour tester leur nouveau système, the researchers first exposed the liver-like cells to UV light, which is known to produce bulky lesions. After verifying that they could detect such lesions, they tested the system with nine chemicals, seven of which are known to lead to single-stranded DNA breaks or bulky lesions, and found that the test could accurately detect all of them.

"Our new method enhances the sensitivity, because it should be able to detect any damage a normal Comet test would detect, and also adds on the layer of the bulky lesions, " Ngo says.

The whole process takes between two days and a week, offering a significantly faster turnaround than studies in mice.

The researchers are now working on further validating the test by comparing its performance with historical data from mouse carcinogenicity studies, with funding from the National Institutes of Health.

They are also working with Integrated Laboratory Systems, a company that performs toxicology testing, to potentially commercialize the technology. Engelward says the HepaCometChip could be useful not only for manufacturers of new chemical products, but also for drug companies, which are required to test new drugs for cancer-causing potential. The new test could offer a much easier and faster way to perform those screens.

"Once it's validated, we hope it will become a recommended test by the FDA, " elle dit.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.