Une vue au microscope illustrée d'une culture 3D de cellules cancéreuses. Une cellule cancéreuse génère des forces (en rouge) déplaçant le matériau tissulaire plus loin. La nouvelle technique détecte le mouvement du matériau pour calculer les forces cellulaires. Crédit :Juho Pokki/Université d'Aalto
La recherche sur la croissance et la propagation des cancers a été traditionnellement effectuée sur des cultures de cellules plates en deux dimensions, ce qui est très différent de la structure tridimensionnelle des cellules dans le corps. Des cultures de cellules 3D qui incorporent du matériel tissulaire ont été développées, mais les méthodes pour mesurer comment les cellules cancéreuses utilisent la force pour se propager font défaut.
Maintenant, les chercheurs ont développé une nouvelle méthode de culture 3D pour quantifier avec précision comment les cellules cancéreuses génèrent des forces pour se propager dans les tissus. "Nous avons appliqué la méthode d'investigation de la progression précoce du cancer du sein", déclare Juho Pokki, chercheur principal à l'Université Aalto qui a dirigé la recherche.
Cette étude, une collaboration entre des scientifiques de l'Université Aalto et de l'Université de Stanford, a été publiée dans la revue Nano Letters .
Les nanosphères mesurent les impulsions de force qui s'accumulent en forces plus fortes
Une tumeur primaire peut se former à l'intérieur du canal mammaire du sein, où les cellules cancéreuses sont confinées par une membrane spéciale, appelée membrane basale. Les cellules cancéreuses du sein sont plus grandes que les pores de ces membranes, elles doivent donc traverser pour se propager à d'autres tissus. Auparavant, les chercheurs pensaient que les cellules utilisaient des enzymes pour dissoudre les membranes, mais il est maintenant entendu que les cellules cancéreuses du sein utilisent un autre mécanisme impliquant des protubérances cellulaires pour traverser les membranes.
"Dans ce mécanisme, les cellules cancéreuses du sein utilisent les forces générées par les saillies pour ouvrir des canaux dans le matériau de la membrane. Ensuite, les cellules cancéreuses pénètrent dans les tissus environnants et peuvent se déplacer plus loin vers les vaisseaux sanguins pour se propager au reste du corps. En fait , les vaisseaux sanguins sont également entourés d'une membrane basale. Les cellules cancéreuses du sein utilisent potentiellement un mécanisme similaire pour pénétrer dans ces membranes basales », explique Pokki. "Le groupe du professeur Ovijit Chaudhuri à Stanford a initialement découvert ce mécanisme de protrusion en 2018. La collaboration avec son groupe a été la clé de la signification physiologique de ce travail", déclare Pokki.
Une nouvelle technique mesure les forces générées par les cellules cancéreuses avec un microscope biologique qui détecte les sphères biocompatibles dans le matériau tissulaire. Les forces cellulaires sont calculées à l'aide d'informations sur deux types de sphères, l'une qui détecte le mouvement à l'échelle nanométrique et l'autre qui mesure les propriétés mécaniques. La technique révèle que les cellules cancéreuses génèrent des forces de manière progressive et que les forces s'accumulent dans le matériau tissulaire entourant une tumeur cancéreuse du sein. Crédit :Juho Pokki/Université d'Aalto
La nouvelle étude utilise des cultures cellulaires 3D composées de cellules cancéreuses du sein et d'un matériau de membrane basale standard. Dans les cultures 3D, les chercheurs ont intégré deux types de sphères biocompatibles :un type se déplaçait avec les forces générées par les cellules cancéreuses, et l'autre type mesurait la mécanique de contrainte de force. Un microscope à fluorescence modifié a été utilisé pour prendre des vidéos de ces sphères et les suivre à l'échelle nanométrique.
Cela a permis aux chercheurs de mesurer les impulsions de force provenant des cellules cancéreuses. "Des études précédentes avaient mesuré le mouvement des protubérances cellulaires sur de plus longues périodes, mais notre étude a montré que beaucoup de choses peuvent se produire en seulement 15 minutes. Nous avons vu des mouvements à l'échelle nanométrique et des impulsions de force en quelques secondes, ce qui est surprenant. De plus, ces impulsions s'accumulent. , ce qui entraîne des forces plus fortes appliquées sur le matériau de la membrane », explique Pokki.
"C'est actuellement la méthode la plus précise pour mesurer la façon dont les forces cellulaires sont générées dans la culture 3D", ajoute Pokki.
Vers un développement de médicaments plus efficace et personnalisé
Le cancer du sein est la forme de cancer la plus répandue chez les femmes dans le monde. Chaque année, plus de 350 000 femmes reçoivent un diagnostic de cancer du sein dans la seule Union européenne.
Développer des médicaments contre le cancer du sein est coûteux, lent et souvent inefficace, puisque moins de 5 % des candidats-médicaments sélectionnés à l'aide de cultures cellulaires 2D et d'expérimentations animales s'avèrent efficaces dans les essais cliniques humains.
« Nos méthodes fournissent des données informatiques plus précises sur les forces cellulaires lors de l'invasion par les cellules cancéreuses du sein. Notre groupe combine les méthodes avec la technologie de la microscopie pour rendre les expériences dans le domaine de la culture cellulaire 3D plus reproductibles. Je pense que les développements technologiques finiront par stimuler la recherche préclinique. . Nous avons déjà lancé un projet connexe dans le domaine de la médecine personnalisée du cancer », révèle Pokki. Les cellules souches du cancer du sein peuvent utiliser une niche artériolaire pour se préparer aux métastases
