La physique pour voir à l'intérieur des tumeurs
Publié par Adrien le 20/01/2019 à 08:00
Source: CNRS
Une équipe de physiciens de l'Institut lumière matière (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1), en collaboration avec le Centre de recherche en cancérologie de Lyon (CNRS/Inserm/Université Claude Bernard Lyon 1/Centré Léon Bérard/Hospices civils de Lyon), a démontré le potentiel, pour la cancérologie (L'oncologie ou carcinologie ou cancérologie est la spécialité médicale d'étude, de diagnostic et de traitement des cancers. Un médecin qui...), d'une technique d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par...) uniquement basée sur les propriétés physiques des tumeurs. Elle permet de différencier des populations de cellules de malignités différentes et de suivre l'efficacité d'un traitement anticancer. Ces résultats, publiés dans Physical Review Letters le 8 janvier 2019, devraient aider à la conception de nouvelles molécules thérapeutiques et à la personnalisation des traitements.


Cartographie de la rigidité du modèle de tumeur (Le terme tumeur (du latin tumere, enfler) désigne, en médecine, une augmentation de volume d'un tissu, clairement délimitée sans précision de cause.). Le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) foncé indique les zones les plus rigides, vers l'intérieur de la tumeur. Le bord est moins rigide (vert-jaune). © Thomas Dehoux / ILM / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).)

Malgré une compréhension fine de la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres vivants (ou...) du cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la survie de ce dernier est menacée. Ces...), 90 % des médicaments testés échouent lors des études cliniques. Par ailleurs, on soupçonne de plus en plus les propriétés mécaniques des tumeurs d'influencer la progression de la maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.), et sans doute l'efficacité des traitements. S'il était possible d'évaluer l'élasticité des tumeurs de manière globale, la rigidité locale, en profondeur, et la résistance à la pénétration de liquides thérapeutiques au coeur de la tumeur restaient plus difficiles à mesurer. Afin de sonder ces propriétés physiques, les chercheurs ont utilisé une technique d'imagerie sans contact et ne nécessitant pas l'utilisation d'agents de contraste - donc ne perturbant pas le fonctionnement des tissus - qui tire parti des vibrations infimes naturelles de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...).

Pour simuler le comportement de tumeurs colorectales in vitro, les chercheurs ont créé des organoïdes, des sphères de 0,3 mm de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour indiquer qu'une valeur...) formées par l'agrégation de cellules tumorales. Sur ces objets, ils ont focalisé un faisceau laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light amplification by...) rouge. Les infimes vibrations naturelles de la matière, générées par l'agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs pour rendre une ou plusieurs de ces caractéristiques homogènes. Plusieurs types...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...), modifient très légèrement la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) du faisceau de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) qui ressort de l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :). L'analyse de cette lumière permet alors de cartographier les propriétés mécaniques des tumeurs modèles: plus la zone balayée par le laser est rigide, plus les vibrations sont rapides et, de manière comparable à l'effet Doppler sonore (le mécanisme qui rend une sirène plus aigüe à mesure qu'elle se rapproche), plus le changement de couleur est important.

A partir d'organoïdes composés de deux lignées de cellules de malignités différentes, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient distinguer les deux types cellulaires par leurs propriétés mécaniques. Une telle information est cruciale car elle peut permettre de raffiner le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“ et...) issu de l'analyse de biopsies, et offrir une meilleure appréciation du stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) de la tumeur. Cette technique leur a aussi permis de suivre les variations locales de propriétés mécaniques suite à un traitement médicamenteux: le centre de la tumeur reste rigide plus longtemps que le bord, démontrant un gradient d'efficacité du traitement. Ainsi, la mesure locale des propriétés mécaniques pourrait permettre de s'assurer de la destruction totale de la tumeur, et de choisir une dose et une durée de traitement les plus faibles possibles.

Cette approche permet donc d'explorer l'impact méconnu des propriétés mécaniques sur la réponse thérapeutique (La thérapeutique (du grec therapeuein, soigner) est la partie de la médecine qui étudie et applique le traitement des maladies.). Elle devrait déboucher sur des modèles de tumeurs in vitro plus prédictifs pour tester de nouvelles molécules thérapeutiques, mais aussi sur des thérapies combinées, agissant par exemple sur la rigidité des tissus afin d'accélérer la pénétration des principes actifs au centre de la tumeur. Par ailleurs, elle pourrait fournir de nouveaux indicateurs pour guider les cliniciens dans la personnalisation des thérapies.


Dispositif expérimental. Une plaque multipuits, où chaque puit contient un tissu tumoral, est placée sur un microscope inversé et maintenue à 37°C. Un faisceau laser est focalisé sur une zone de la tumeur, puis déplacé afin de réaliser une cartographie. La lumière rétrodiffusée est collectée par l'objectif du microscope, et analysée dans un interféromètre pour détecter des variations de longueur d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de...) (autrement dit, de "couleur"). © Jérémie Margueritat / ILM / CNRS

Bibliographie

High-Frequency Mechanical Properties of Tumors Measured by Brillouin Light Scattering, Jérémie Margueritat, Angélique Virgone-Carlotta, Sylvain Monnier, Hélène Delanoë-Ayari, Hichem C. Mertani, Alice Berthelot, Quentin Martinet, Xavier Dagany, Charlotte Rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la gravité et qui se jette dans une autre rivière ou dans un fleuve, contrairement au fleuve qui se jette, lui, selon cette...), Jean-Paul Rieu, Thomas Dehoux. Physical Review Letters, 8 janvier 2019. DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.018101.
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