Les modifications des propriétés mécaniques des cellules comptent parmi les premiers signes du développement d’un cancer. Jusqu'à présent, l'un des principaux obstacles à l'utilisation de la mécanique dans le diagnostic du cancer était l'absence d'une procédure de mesure standardisée garantissant la reproductibilité et la fiabilité des résultats. Grâce à la coopération scientifique européenne impliquant l'Institut de physique nucléaire de l'Académie polonaise des sciences à Cracovie, cet obstacle est désormais levé.

Lorsque des cellules saines se transforment en cellules cancéreuses, leurs propriétés mécaniques changent. Cette observation pourrait permettre de détecter rapidement un cancer chez les patients, mais seulement si les mesures mécaniques des échantillons prélevés étaient réellement fiables. Une étape importante vers cet objectif est la proposition de standardisation des mesures, qui vient d'être présentée dans Nanoscale. .

L'article publié est le résultat de plusieurs années de collaboration entre des scientifiques des universités européennes d'Amsterdam, Barcelone, Brême, Lille, Marseille, Milan, Münster et l'Institut de physique nucléaire de l'Académie polonaise des sciences (IFJ PAN) à Cracovie.

En 1999, il a été démontré à l'IFJ PAN que, par rapport aux cellules saines, les cellules cancéreuses se caractérisent par une déformabilité accrue du cytosquelette, ce qui leur permet de se faufiler plus facilement à travers les vaisseaux étroits du système sanguin et/ou lymphatique et de former des métastases. Aujourd'hui, nous savons que les cellules cancéreuses du sein, de l'intestin, de la vessie ou de la prostate deviennent plus molles dès les premiers stades de la transformation tumorale, tandis que les cellules d'autres cancers, comme les leucémies, deviennent plus rigides.

Bien que le changement dans les propriétés mécaniques des cellules puisse également être causé par d'autres facteurs, tels que l'inflammation, sa présence rend clairement inévitables des examens plus approfondis et plus précis chez le patient.

"Si nous disposions d'une procédure de mesure reproductible, avec l'aide d'un équipement de laboratoire approprié, nous pourrions détecter rapidement des anomalies dans les propriétés mécaniques des cellules, indiquant fortement la possibilité de modifications cancéreuses se développant dans le corps du patient", explique le professeur Malgorzata. Lekka (FIJ PAN) et note que le terme « rapidement » a ici une double signification.

"D'une part, nous pouvons essayer de diagnostiquer le cancer au stade initial de son développement, alors que d'autres tests ne montrent généralement pas encore de changements cellulaires significatifs. D'un autre côté, la procédure de mesure elle-même n'est simplement pas très lourde. cela ne nécessite pas de grandes quantités de matériel biologique et ne prend pas beaucoup de temps."

Les changements dans les propriétés biomécaniques des cellules peuvent être mesurés à l’aide de microscopes à force atomique (AFM). Les appareils de ce type sont généralement utilisés pour imager le micromonde, même à des échelles permettant la détection d’atomes uniques. Le point important ici est que dans les AFM, une force précisément définie peut être appliquée au substrat étudié au moyen de leurs sondes.

Si le substrat est une cellule, sa réponse mécanique permet de déterminer le coefficient d'élasticité (module d'Young) et, sur cette base, de tirer des conclusions sur l'élasticité non seulement des structures au niveau de la membrane cellulaire mais même au voisinage de la cellule. noyau.

Les microscopes à force atomique ne font pas partie des instruments de laboratoire les plus chers, mais on ne peut pas dire qu'ils soient bon marché. Heureusement, il existe des versions plus simples :des appareils appelés pénétrateurs, qui ne disposent pas de la fonction d'imagerie, mais sont tout à fait suffisants pour étudier les propriétés mécaniques des cellules.

"Le principal facteur limitant jusqu'à présent le développement de notre méthode de diagnostic du cancer n'a donc pas été le coût de l'équipement, mais l'absence d'une procédure de mesure adaptée. Pour parler franchement, les résultats obtenus dans différents laboratoires, sur des appareils de différents Les fabricants, sur des échantillons préparés différemment, n'étaient pas suffisamment reproductibles pour servir de base à des décisions responsables sur l'orientation d'une action médicale ultérieure", explique le professeur Lekka.

Dans leur dernier article, le groupe international de chercheurs démontre qu'en suivant une procédure soigneusement élaborée, la même valeur de module d'Young sera toujours obtenue pour les mêmes cellules, quel que soit l'endroit où la mesure est effectuée ou le fabricant de l'appareil utilisé.

Le protocole comprend entre autres la préparation des échantillons, l'étalonnage de l'appareil de mesure et la manière d'analyser les résultats. Pour augmenter la fiabilité des mesures, il était essentiel de prendre en compte l'influence du substrat rigide sur lequel les cellules tumorales étaient déposées.

Les changements dans les propriétés mécaniques des cellules se produisent plus tôt que les changements optiques dans le cancer, de sorte que la méthode proposée permettra de détecter la maladie plus à l'avance qu'auparavant. La valeur de ces progrès variera probablement selon les différents types de cancer, mais elle ne sera déterminée que par des études futures. Cependant, on sait déjà avec certitude que la nouvelle méthode de diagnostic est plus sensible que les techniques optiques actuellement utilisées dans le diagnostic du cancer.

L'utilisation de procédures de mesure standardisées, ainsi que l'enregistrement et l'analyse automatiques des données, permettront d'effectuer le test dans un délai plus court. Au lieu d'attendre plusieurs semaines pour le résultat, le patient pourra le recevoir au bout de quelques jours seulement.

Dans un avenir proche, les chercheurs ont l'intention de se concentrer sur la réduction du nombre de diagnostics faussement positifs et de tester la procédure dans des études sur des entités pathologiques sélectionnées. Avant que la technique de détection mécanique des lésions cancéreuses n'arrive dans les hôpitaux, une phase d'essais cliniques sera encore nécessaire, qui sera menée en collaboration avec les unités médicales intéressées.

Plus d'informations : Sandra Pérez-Domínguez et al, Mesures fiables et standardisées des propriétés mécaniques des cellules, Nanoscale (2023). DOI :10.1039/D3NR02034G

Informations sur le journal : Nanoéchelle

Fourni par l'Institut Henryk Niewodniczanski de physique nucléaire Académie polonaise des sciences