Les cellules tumorales malignes subissent une déformation mécanique plus facilement que les cellules normales, leur permettant de migrer dans tout le corps. Les propriétés mécaniques des cellules cancéreuses de la prostate traitées avec les médicaments anticancéreux les plus couramment utilisés ont été étudiées à l'Institut de physique nucléaire de l'Académie polonaise des sciences à Cracovie. Selon les chercheurs, les médicaments actuels peuvent être utilisés plus efficacement et à des doses plus faibles.

Dans le cancer, un facteur clé contribuant à la formation de métastases est la capacité des cellules néoplasiques à subir une déformation mécanique. A l'Institut de Physique Nucléaire de l'Académie Polonaise des Sciences (IFJ PAN) à Cracovie, des recherches sur les propriétés mécaniques des cellules sont menées depuis un quart de siècle. La dernière étude, réalisée en coopération avec le Département de biochimie médicale du Collège médical de l'Université Jagellonne, concernait plusieurs médicaments actuellement utilisés dans la chimiothérapie du cancer de la prostate, et plus précisément leur impact sur les propriétés mécaniques des cellules cancéreuses. Les résultats sont optimistes :tout indique que les doses de certains médicaments peuvent être réduites sans risquer de diminuer leur efficacité.

La chimiothérapie est une attaque extrêmement brutale non seulement contre les cellules cancéreuses du patient mais contre toutes les cellules du corps. En l'utilisant, les médecins espèrent que les cellules tumorales les plus sensibles mourront avant que les cellules saines ne commencent à mourir. Dans cette situation, il est crucial de savoir choisir le médicament optimal dans un cas donné et déterminer sa dose minimale, qui d'une part garantira l'efficacité du traitement et d'autre part minimisera les effets indésirables de la thérapie.

Dès 1999, des physiciens de l'IFJ PAN ont montré que les cellules cancéreuses se déforment mécaniquement plus facilement. En pratique, ce fait signifie qu'ils peuvent se faufiler à travers les vaisseaux étroits des systèmes circulatoire et/ou lymphatique avec une plus grande efficacité.

"Les propriétés mécaniques d'une cellule sont déterminées par des éléments de son cytosquelette tels que les microtubules que nous examinons, constitué de tubuline (une protéine), filaments d'actine et filaments intermédiaires constitués de protéines telles que la kératine ou la vimentine, " explique le professeur Malgorzata Lekka du Département des microstructures biophysiques IFJ PAN et ajoute :" Les mesures biomécaniques des cellules sont effectuées à l'aide d'un microscope à force atomique. Selon les besoins, on peut appuyer plus ou moins la sonde sur la cellule, et on obtient ainsi une réponse mécanique provenant de structures se trouvant soit à sa surface, c'est-à-dire au niveau de la membrane cellulaire, ou plus profond, même au niveau du noyau cellulaire. Cependant, afin d'obtenir des informations sur les effets d'un médicament, nous devons évaluer la contribution de chaque type de fibre du cytosquelette aux propriétés mécaniques de la cellule."

Dans les résultats actuellement publiés, les physiciens basés à Cracovie ont présenté des expériences utilisant la lignée cellulaire de cancer de la prostate humaine DU145 disponible dans le commerce. Cette lignée a été choisie pour sa résistance aux médicaments. Subissant une exposition médicamenteuse à long terme, ces cellules deviennent résistantes aux médicaments au fil du temps et non seulement ne meurent pas, mais commencent même à se diviser.

« Nous nous sommes concentrés sur les effets de trois médicaments couramment utilisés :la vinflunine, colchicine et docétaxel. Ils agissent tous sur les microtubules, ce qui est souhaitable car ces fibres sont essentielles à la division cellulaire. Le docétaxel stabilise les microtubules et augmente donc également la rigidité des cellules tumorales et rend difficile leur migration dans tout le corps. Les deux autres médicaments déstabilisent les microtubules, afin que les cellules cancéreuses puissent migrer, mais en raison des fonctions perturbées du cytosquelette, ils sont incapables de se diviser, " déclare Andrzej Kubiak, étudiant au doctorat, le premier auteur de l'article publié dans le prestigieux Nanoéchelle .

Les chercheurs de Cracovie ont analysé la viabilité et les propriétés mécaniques des cellules 24, 48 et 72 heures après le traitement médicamenteux, et il s'est avéré que les changements les plus importants ont été observés trois jours après l'exposition au médicament. Cela leur a permis de déterminer deux concentrations de médicaments :une plus élevée, qui détruit les cellules, et un plus bas, à laquelle bien que les cellules aient survécu, leurs propriétés mécaniques se sont avérées altérées. Pour des raisons évidentes, ce qui arrivait aux cellules dans ce dernier cas était particulièrement intéressant. L'interprétation précise de certains résultats a nécessité plusieurs outils, comme un microscope confocal et une cytométrie en flux. Leur utilisation a été possible grâce à la coopération avec l'Institut de pharmacologie de l'Académie polonaise des sciences de Cracovie, le Département de biologie cellulaire de la Faculté de biochimie, Biophysique et biotechnologie de l'Université Jagellonne et de l'Université de Milan (Département de physique, Universita degli Studi di Milano).

« On sait depuis un certain temps que lorsque les microtubules sont endommagés, certaines de leurs fonctions sont assumées par des filaments d'actine. La combinaison de mesures des propriétés mécaniques des cellules avec des images de microscopes confocaux et à fluorescence nous a permis d'observer cet effet. Nous avons pu déterminer avec précision les zones de la cellule affectées par un médicament donné et comprendre comment son impact évolue dans le temps, " a souligné le doctorant Kubiak.

Des conclusions pratiques peuvent être tirées des recherches des physiciens de Cracovie. Par exemple, l'effet de la vinflunine est bien visible dans la région nucléaire mais est compensé par les filaments d'actine. Par conséquent, la cellule reste suffisamment rigide pour continuer à se multiplier. D'autre part, 48 heures après l'administration du médicament, les effets du docétaxel sont les plus visibles, principalement à la périphérie de la cellule. Ce fait nous alerte également sur le rôle accru des filaments d'actine et signifie que la thérapie doit être soutenue par un médicament qui agit sur ces filaments.

"Jusqu'à maintenant, il y a eu peu de recherches sur l'efficacité de faibles concentrations de médicaments anticancéreux. Nous montrons que la question mérite vraiment qu'on s'y intéresse. Car si l'on comprend les mécanismes d'action de chaque médicament, nous pouvons maintenir – et parfois même augmenter – leur efficacité actuelle tout en réduisant les effets secondaires de la chimiothérapie. De cette façon, la chimiothérapie peut devenir plus conviviale pour le patient, qui doit affecter non seulement la santé physique du patient mais aussi son attitude mentale si nécessaire dans la lutte contre le cancer, " conclut le Pr Lekka.