Il existe de nombreux mécanismes par lesquels le corps réagit aux envahisseurs étrangers. L'un d'eux implique les cellules T du système immunitaire, qui ont un certain nombre de protéines différentes à leur surface appelées « protéines de point de contrôle ». Ces protéines de point de contrôle se lient à des protéines à la surface d'autres cellules et peuvent entraîner une stimulation ou une suppression de l'activité des lymphocytes T. Normalement, les protéines de surface sur les cellules étrangères ou envahissantes produiront une stimulation de l'activité des lymphocytes T contre ces cellules, tandis que la suppression des lymphocytes T est un mécanisme intégré pour empêcher le système immunitaire d'attaquer les propres cellules normales du corps.

Cellules tumorales, cependant, peut parfois déjouer le système immunitaire en affichant des protéines de surface qui se lient aux protéines de point de contrôle des lymphocytes T pour provoquer la suppression de l'activité des lymphocytes T. Dans certains cas, l'interaction de ces protéines de surface tumorale avec les cellules T provoque même la rupture des cellules T. Dans les années récentes, les scientifiques ont essayé de développer des médicaments "inhibiteurs de points de contrôle" qui contreraient ces interactions suppressives de points de contrôle afin de réactiver la réponse immunitaire du corps aux cellules tumorales. L'un de ces médicaments est approuvé par la FDA des États-Unis pour traiter le mélanome métastatique ; d'autres sont disponibles ou en cours de développement pour traiter d'autres tumeurs malignes.

Malgré ces avancées, cependant, il reste difficile de déterminer quels patients cancéreux sont des candidats probables pour ce type de thérapie et quels médicaments ont le plus de potentiel. L'élaboration d'une méthode pour relever ces défis serait déterminante pour déterminer la méthode la plus sûre, médicaments les plus efficaces pour les patients atteints de cancer tout en économisant du temps et de l'argent. Pour qu'une telle méthode soit pratique pour une utilisation clinique, il devrait être en mesure de réaliser des tests rapides d'un grand nombre de médicaments d'immunothérapie potentiels contre des cellules tumorales vivantes pour des résultats précis, données facilement analysables.

Une équipe collaborative du Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) a conçu et testé avec succès un tel système. Ils ont commencé par cultiver des agrégats sphériques de cellules cancéreuses du sein dans un imprimé en 3D, puce transparente à micropuits coniques. Ces micropuits ont été conçus pour une croissance et une stabilité optimales des sphères cellulaires. Les tests effectués sur les sphères cellulaires des micropuits ont confirmé la viabilité des cellules et leur production de protéines de surface désactivant les cellules T.

« Les caractéristiques de notre puce à base de micropuits sont la clé de notre développement réussi d'un modèle de tissu immunoactif, " dit Wujin Sun, Doctorat., de l'équipe de l'Institut Terasaki. "La transparence de la puce permet une observation microscopique directe. Et sa conception permet des tests à haut volume, qui se prête bien au criblage rapide de médicaments immunothérapeutiques. »

Afin de tester l'efficacité des médicaments inhibiteurs de points de contrôle dans l'activation de la réponse anti-tumorale des lymphocytes T, l'équipe a ensuite examiné comment une cellule T se comporte normalement pendant l'activation. Lorsqu'une cellule T est stimulée pour attaquer les envahisseurs cellulaires, il sécrète des protéines appelées cytokines, qui mobilisent d'autres cellules immunitaires vers le site d'invasion et stimulent les cellules à se multiplier et à détruire les envahisseurs. La mesure de ces cytokines peut donc indiquer le niveau d'activation d'une cellule T.

L'équipe a alors créé un système efficace, système automatisé pour mesurer les niveaux de cytokines à l'aide de leur puce à micropuits chargée de cancer du sein. Des expériences avec ce système ont été réalisées en utilisant des médicaments protéiques anti-checkpoint; les résultats ont montré que lors de l'incubation des cellules cancéreuses du sein avec les cellules T, la production de cytokines a été augmentée par l'utilisation des médicaments, démontrant leur efficacité dans l'activation des cellules T.

L'équipe a également utilisé sa puce contre le cancer du sein pour évaluer l'effet des cellules cancéreuses du sein sur les cellules T stimulées. Les lymphocytes T ont été marqués par fluorescence et ajoutés aux cellules cancéreuses du sein dans les micropuits ; la transparence de la puce a permis l'observation directe de leur interaction cellulaire en utilisant la microscopie à fluorescence. Ces cellules cancéreuses du sein provoquent normalement la rupture des lymphocytes T, mais des expériences menées avec des médicaments inhibiteurs de points de contrôle ont montré que les médicaments augmentaient la viabilité des cellules T dans les cultures, démontrant visuellement comment ils peuvent contrer les effets de la rupture des cellules T par interaction avec les cellules tumorales.

La puce du cancer du sein a également été utilisée pour l'observation directe de la façon dont les lymphocytes T infiltraient les sphères cellulaires du cancer du sein; ce type d'infiltration est une mesure de l'activité anti-tumorale et de la viabilité d'une cellule T. Après avoir marqué chaque groupe de cellules avec des colorants séparés et les avoir mélangés dans les micropuits de la puce, L'infiltration des lymphocytes T pourrait être directement visualisée à l'aide d'une microscopie à fluorescence à haute résolution. Des expériences menées avec des médicaments inhibiteurs de points de contrôle ont indiqué qu'il y avait un nombre accru de lymphocytes T et une pénétration plus profonde dans les cellules cancéreuses du sein en présence des médicaments.

En résumé, les chercheurs de TIBI ont pu concevoir des méthodes robustes et efficaces pour caractériser l'interaction entre les cellules tumorales et immunitaires et pour des moyens à haut volume et cliniquement pertinents de cribler des médicaments immunothérapeutiques contre les cellules tumorales. La puce à micropuits et son appareil associé peuvent également être utilisés pour inclure d'autres types de cellules tumorales et de cellules de patient individuelles pour optimiser la réponse du patient et pour cribler et développer des médicaments anticancéreux supplémentaires.

« Apporter des moyens d'optimiser les décisions cliniques et la médecine personnalisée pour les patients est un objectif majeur de notre institut, " a déclaré Ali Khademhosseini, Doctorat., directeur et PDG de l'Institut Terasaki. "Ce travail est une étape importante vers la réalisation de cet objectif dans le domaine de l'immunothérapie du cancer."