Un système de diagnostic du cancer dans la poche ?

17. décembre 2013
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La détermination des cellules tumorales circulantes dans le sang était jusqu’à présent assez compliquée. Des scientifiques d’Augsbourg ont mis au point un système qui peut être appliqué dans n’importe quel cabinet de médecin et pourrait changer le diagnostic du cancer.

Les cellules tumorales circulantes sont des cellules cancéreuses qui se sont séparées de la tumeur primaire et se déplacent à travers le corps dans la circulation sanguine. Le nombre de cellules tumorales circulantes dans le sang (CTC – cellules tumorales circulantes) donne une indication du stade du cancer et permet (potentiellement) de tirer des conclusions sur son évolution future. De plus, le succès d’un traitement contre le cancer peut ainsi être évalué. Cependant, la concentration de CTC dans le sang est si faible (de une à dix cellules par millilitre de sang) qu’une analyse est difficile, prend du temps et ne fait pas partie de la batterie d’examens standards. La détermination de la CTC exige également une grande expertise de la personne réalisant l’analyse. Le seul système disponible dans le commerce et approuvé par l’US Food and Drug Administration pour le cancer du sein métastatique, le cancer colorectal métastatique et le cancer de la prostate métastatique – en général pour des cancers déjà avancés – est CellSearch®. Les cellules tumorales dans un échantillon de sang sont alors marquées par une interaction antigène-anticorps avec des billes magnétiques, puis triées par application d’un champ magnétique.

Séparation en fonction des propriétés mécaniques

Les physiciens ont mis au point à l’Université d’Augsbourg un système qui permet non seulement de détecter de manière fiable et précise un très petit nombre de CTC, mais pourrait être appliqué rapidement et à peu de frais dans tous les cabinets médicaux sans beaucoup de matériel. Le « Non-Inertial Lift Induced Cell Sorting » NILICS en abrégé, fonctionne sur la base d’une séparation physique des cellules tumorales du reste des cellules sanguines en raison de leurs caractéristiques mécaniques différentes. « L’avantage de ce système est que l’on peut isoler les cellules tumorales Label-free, c’est à dire sans marquage (par exemple avec des particules magnétiques) à partir du sang total dilué. L’amplification du signal ou l’enrichissement de cellules sont également éliminés », explique le professeur Thomas Franke, chef du groupe de travail Soft Matter/Biological Physics à l’Institut de physique expérimentale de l’Université d’Augsbourg.

Les cellules tumorales sont déplacées par la force de portance

Quelques microlitres de sang sont placés dans un très petit canal microfluidique avec un diamètre compris entre dix et cent microns et déplacés avec une certaine pression à travers le canal. Il existe, en raison de la petite taille du canal, un écoulement laminaire dans lequel ne se produit aucune turbulence et toutes les particules et les cellules coulent en flux parallèle. Les cellules tumorales se distinguent des autres cellules et des cellules du sang par leur élasticité et leur déformabilité. « Ces propriétés différentes sont exploitées dans ce système. Les cellules « rigides » restent à l’endroit exact où elles ont été posées, tandis que les cellules élastiques, grâce à la force de portance (lift force), une force émergente dans ce système, sont écartées de la paroi », explique le professeur Franke. Les cellules s’écartent donc de la paroi du canal jusqu’à ce qu’elles atteignent, en raison des forces de cisaillement, une diminution de l’état d’équilibre. Après une certaine distance, le canal est divisé, de telle sorte que les cellules sont collectées dans différents récipients. Sous le microscope, les cellules tumorales existantes peuvent être comptées à l’aide d’une plaque de comptage.

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Schéma du montage expérimental : L’échantillon est injecté dans le « Sample Flow » (flux d’échantillon), qui est entraîné par une pompe à seringue dans le canal et focalisé par le « Sheath Flow » (flux en fourreau). A la fin de la chaîne, les populations de cellules sont séparées dans deux récipients. © Universität Augsburg, Lehrstuhl für Experimentalphysik I

Applicable pour tout type de cancer

Le scientifique Thomas Geislinger du groupe du professeur Franke utilisa pour les expériences, entre autres, la lignée cellulaire de cancer de la peau MV3 et la lignée de cellules d’ostéosarcome SAOS 2. « La méthode est d’un point de vue théorique, universellement applicable pour tous les types de cellules cancéreuses. La seule exigence est la différence dans les propriétés physiques, qui est décrite pour toutes les lignées cellulaires tumorales connues », explique Geislinger.

L’importance de cellules tumorales circulantes

Fondamentalement, tous les types de cellules tumorales peuvent circuler dans le sang. Grâce à elles se forment les métastases. Dans les cancers précoces (maladie primaire), les cellules tumorales circulantes se retrouvent chez environ dix à vingt pour cent de tous les patients. S’il y a déjà des métastases, on peut détecter des CTC chez 50 à 90 pour cent des patients, en fonction de la méthode d’analyse. Des études ont montré que dans le cancer du sein métastatique avec un nombre ≥ 5 CTC par 7,5 ml de sang, la survie (survie globale) est sensiblement plus courte que chez les patients ayant moins de cinq CTC par 7,5 ml de sang. Une telle connexion a aussi été montrée pour d’autres types de cancer, comme Bao et al. l’ont récemment publié. Dans le cancer avancé, l’analyse de la CTC permet également de conclure sur la réponse ou non-réponse à la chimiothérapie ou l’hormonothérapie.

Le test des CTC envisageable chez le médecin de famille

Sur la base de ces résultats, il pourrait être utile de déterminer à un stade précoce et sur ​​une base régulière les CTC. M. Geislinger explique : « Un test qui pourrait être développé sur la base de la méthode présentée pourrait être applicable pour le dépistage par le médecin de famille, aucune connaissance préalable du type ou de la gravité d’une maladie n’est nécessaire. Un échantillon de sang normal serait suffisant pour un premier test. » Mais pour une large utilisation d’un tel système, l’infrastructure doit aussi être mise en place aussi. Les chercheurs envisagent un système de test sous la forme d’un article à usage unique : « Les canaux nécessaires pourraient être fabriqués à peu de frais et utilisés dans un système entièrement automatisé, ce qui favoriserait l’utilisation sur site. Comme les cellules n’ont pas besoin d’être marquées, l’utilisation est plus facile que les méthodes précédemment disponibles. » Certaines entreprises ont déjà manifesté leur intérêt pour la méthode.

Le diabète, l’hypertension artérielle, le paludisme : voilà ce qui suit

Dans des expériences antérieures, NILICS a été utilisé pour séparer les érythrocytes des thrombocytes. En outre, la séparation des érythrocytes et des leucocytes est possible. « D’autres maladies dans lesquelles les propriétés physiques des cellules sont modifiées et, donc, pour lesquelles notre méthode peut s’appliquer, sont par exemple le diabète, l’hypertension artérielle, le paludisme, la drépanocytose », a déclaré Geislinger sur le potentiel de la méthode.

D’autres méthodes de séparation des CTC

D’autres groupes de recherche essaient aussi d’isoler des cellules cancéreuses circulantes. Ainsi, le groupe de travail « simulation industrielle » autour du chef de projet, le professeur Thomas Schrefl, de son collègue scientifique, le Dipl.-Ing. Markus Gusenbauer de l’ université de sciences appliquées de St-Pölten en Autriche, et d’autres partenaires du projet simulèrent par ordinateur les méthodes de séparation et de filtration de CTC. Le principe est toujours un filtre en fonction de la taille et de l’affinité à l’échelle microfluidique, comme par exemple, dans la simulation de particules faiblement magnétiques qui sont recouvertes par des anticorps pour produire des structures de filtres dynamiques. Dans le champ magnétique, les particules faiblement magnétiques génèrent des chaînes, formant ainsi un filtre en peigne. L’espacement entre les chaînes peut être ajusté au moyen d’un contrôle ciblé des champs magnétiques, et est de ce fait adapté aux différents types de cellules tumorales. Deux autres approches ont également été simulées et sont actuellement à l’essai sur un prototype. Pour ces procédés, des anticorps appropriés pour filtrer chaque type de cellules doivent être disponibles. Ce n’est pas encore le cas. Cette difficulté a été contournée par les chercheurs d’Augsbourg.

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