Yu Chih Chen, chercheur en génie électrique et informatique, aidé à développer une puce qui peut libérer en douceur des cellules individuelles, ciblé avec des impulsions laser extrêmement courtes. Crédit :Evan Dougherty, Ingénierie du Michigan
Dans des travaux qui pourraient améliorer la compréhension de la propagation du cancer, une équipe d'ingénieurs et de chercheurs médicaux de l'Université du Michigan a développé un nouveau type de puce microfluidique capable de capturer cellules cancéreuses agressives, les faire croître sur la puce et libérer des cellules individuelles à la demande.
Pour la première fois, ils peuvent facilement comparer deux cellules « sœurs » différentes, nées de la même cellule cancéreuse d'origine, pour explorer comment différents gènes sont activés et désactivés au fur et à mesure que les cellules cancéreuses se divisent et se propagent. Des études avec la nouvelle puce pourraient également révéler pourquoi certaines cellules cancéreuses sont résistantes aux médicaments.
Le but ultime du projet, dirigé par Euisik Yoon, professeur de génie électrique et d'informatique, est de découvrir ce qui motive les processus d'« auto-renouvellement » qui permettent à ces cellules cancéreuses agressives de se comporter comme des cellules souches.
Ces cellules sont appelées cellules souches cancéreuses. Ils sont capables de se diviser et de se transformer en différents types de cellules cancéreuses, avec différents gènes activés ou désactivés. Les chercheurs sur le cancer pensent que si les propriétés de type tige peuvent être désactivées, le cancer ne pourra pas se développer et se propager.
"Quand une tumeur se forme, certaines cellules souches cancéreuses conservent leur caractère souche, tandis que d'autres sont différenciés. En comprenant cela, nous en saurons plus sur la formation de tumeurs et découvrirons des moyens de l'inhiber, " dit Yu-Chih Chen, chercheur en génie électrique et informatique et co-premier auteur d'un article récemment publié dans ACS Nano .
La base de la nouvelle puce est composée de nanotubes de carbone recouverts d'un revêtement plastique. Lorsqu'une cellule cancéreuse s'installe sur la puce, il se colle à ce revêtement. Pour libérer la cellule, les chercheurs ont projeté des impulsions de lumière laser extrêmement courtes à proximité. La lumière est facilement absorbée par les nanotubes de carbone, en les chauffant flash, tandis que le plastique isole la cellule.
La chaleur provoque l'expansion de l'air emprisonné entre les nanotubes et le plastique, souffler une bulle sous la cellule. Lorsque la bulle éclate à travers le plastique, la cellule se détache. Puis, la cellule peut être évacuée de la puce et capturée pour le profilage génétique.
La plupart des méthodes existantes pour libérer les cellules cancéreuses capturées endommagent les cellules ou ne peuvent pas les faire sortir de la puce de manière fiable. Le laser était suffisamment précis pour détacher un côté d'une cellule, laissant l'autre côté ancré.
Le laser crée une bulle sous la cellule qui éclate et libère la cellule afin qu'elle puisse s'écouler hors de la puce. Crédit :Yu-Chih Chen, Yoon Lab
Et le processus de détachement des bulles était si doux que même les protéines de surface sur la membrane cellulaire étaient indemnes. Les protéines de surface sont une voie non destructive importante pour l'identification des cellules souches cancéreuses.
Pour commencer à explorer les différences d'expression des gènes entre les cellules sœurs, l'équipe a d'abord examiné un gène appelé Notch, qui est associée à la fois aux cellules souches normales et cancéreuses. Si Notch était exprimé dans les cellules filles, c'était une indication approximative que la division s'auto-renouvelait. Une cellule Notch-positive pourrait continuer à produire deux cellules exprimant le même gène, un Notch-positif et un Notch-négatif, ou deux cellules Notch-négatives.
Leurs analyses ont démontré que Notch ne sert pas d'indicateur unique des propriétés de type tige d'une cellule cancéreuse. D'autres gènes associés aux cellules souches pourraient être activés ou désactivés dans les cellules filles avec l'une ou l'autre expression Notch.
La tâche qui attend les chercheurs sur le cancer, à l'aide de la nouvelle puce, est d'identifier lesquels de ces gènes sont essentiels aux capacités d'auto-renouvellement d'une cellule souche cancéreuse. Si ceux-ci peuvent être fermés, forcer toutes les cellules souches cancéreuses à ne produire que des cellules non souches lorsqu'elles se divisent, il peut être possible de renverser la capacité d'une tumeur à se développer et à se propager.
"Si nous identifions certains gènes clés, ou une cible potentielle de médicament, alors les chercheurs pharmaceutiques peuvent développer un composé pour atteindre cette cible médicamenteuse, " dit Chen.
Les tests de dépistage de drogues ont inspiré Yoon à développer cette puce. Sur les puces antérieures, certains cancers ont survécu aux traitements, et il voulait mieux comprendre ces cellules.
"Certaines cellules sont très résistantes, certaines sont facilement tuées, " dit Yoon, qui est également professeur de génie biomédical. "Nous voulions prélever des cellules individuelles après le dépistage des médicaments et examiner leurs profils génétiques pour voir si nous pouvions voir ce qui rend les cellules cancéreuses semblables à des souches."
De futures expériences pourraient conduire à ce que certains chercheurs sur le cancer appellent « des remèdes fonctionnels, " similaire à la gestion du VIH. Le cancer ne doit pas nécessairement être éradiqué. Arrêter la propagation du cancer peut être suffisant pour permettre à un patient atteint de cancer de vivre une vie saine.
Ce travail est rapporté dans un article intitulé « Détachement photo-mécanique sélectif et récupération de cellules sœurs divisées à partir de microfluidiques fermés pour des analyses en aval. »
