Dans la plate-forme en verre de cette lame de microscope, les chercheurs ont recréé deux structures anatomiques impliquées dans la propagation du cancer du pancréas. Crédit : Purdue University photo/John Underwood
Ce qui rend le cancer du pancréas si mortel, c’est sa propagation secrète et rapide. Aujourd’hui, une « machine à remonter le temps » construite par les ingénieurs de l’Université Purdue a montré un moyen d’inverser l’évolution du cancer avant qu’il ne se propage dans le pancréas.
“Ces découvertes ouvrent la possibilité de concevoir une nouvelle thérapie génique ou un nouveau médicament, car nous pouvons désormais reconvertir les cellules cancéreuses à leur état normal”, a déclaré Bumsoo Han, professeur de génie mécanique à Purdue et responsable du programme du Purdue Center for Cancer Research. Han a un rendez-vous de courtoisie en génie biomédical.
La machine à remonter le temps construite par le laboratoire de Han est une reproduction réaliste d’une structure pancréatique appelée acinus, qui produit et sécrète des enzymes digestives dans l’intestin grêle. Le cancer du pancréas a tendance à se développer à partir d’une inflammation chronique qui se produit lorsqu’une mutation a amené ces enzymes digestives à digérer le pancréas lui-même.
S’il existait un moyen de remonter le temps pour reprogrammer les cellules acineuses cancéreuses qui produisent ces enzymes, il serait alors possible de réinitialiser complètement le pancréas.
Les chercheurs de Purdue ont utilisé cette configuration expérimentale pour reprogrammer les cellules cancéreuses du pancréas dans leur état normal. Crédit : Purdue University photo/John Underwood
Au cours de la dernière décennie, Stephen Konieczny, professeur émérite au département des sciences biologiques de Purdue, a étudié un bouton de réinitialisation potentiel : un gène appelé PTF1a.
« Le gène PTF1a est absolument essentiel pour le développement normal du pancréas. Si vous n’avez pas le gène PTF1a, vous ne développez pas de pancréas », a déclaré Konieczny. « Donc, toute notre idée était que si nous réactivions le gène PTF1a dans une cellule cancéreuse du pancréas, que se passerait-il ? Va-t-on inverser le phénotype du cancer ? En effet, c’est exactement ce qui se passe.
Konieczny a collaboré avec le laboratoire de Han pour prendre ces résultats en études de biologie moléculaire au prochain niveau en les testant dans un modèle réaliste de l’acinus – la machine à remonter le temps. L’étude publiée fait la couverture d’un récent numéro de Laboratoire sur puce, une revue de la Royal Society of Chemistry.
Les chercheurs étudient généralement les approches possibles de traitement du cancer du pancréas dans des modèles animaux, mais le développement d’un cancer du pancréas chez un animal peut prendre des mois. Disposer d’un moyen d’étudier les concepts de développement et de traitement du cancer dans un microenvironnement tout aussi réaliste permettrait de gagner du temps et de donner aux chercheurs plus de contrôle sur le modèle.
Bumsoo Han, professeur de génie mécanique, a construit un modèle réaliste d’une structure pancréatique qui agit comme une “machine à remonter le temps” pour comprendre le cancer et inverser sa propagation. Crédit : Purdue University photo/John Underwood
Le modèle développé par les chercheurs de Purdue surmonte un défi majeur en capturant avec précision la complexité anatomique de l’acinus, une cavité circulaire tapissée de cellules.
« D’un point de vue technique, créer ce type de cavité tridimensionnelle n’est pas anodin. Donc, trouver un moyen de construire cette cavité est une innovation en soi », a déclaré Han.
Le laboratoire de Han avait déjà de l’expérience dans la construction d’un modèle réaliste de une autre structure pancréatique, le canal, où le cancer se développe après avoir émergé de l’acinus. Les chercheurs ont pris ces connaissances et développé une nouvelle technique qui construit à la fois le canal et l’acinus dans un processus de «doigtage visqueux» en deux étapes.
Voici comment cela fonctionne : le modèle, une plate-forme en verre de la taille d’un timbre-poste au-dessus d’une lame de microscope, comporte deux chambres interconnectées. Le chargement d’une solution de collagène dans une chambre remplit la forme en forme de doigt d’un canal pancréatique, qui se gonfle puis se dilate pour créer la structure de la cavité de l’acinus dans la deuxième chambre.
Le fait de laisser tomber des cellules humaines cancéreuses dans la chambre acinaire a rendu le modèle encore plus réaliste. Le laboratoire de Konieczny a conçu le gène PTF1a d’une lignée cellulaire de cancer du pancréas pour qu’il s’active en présence de doxycycline, un composé couramment utilisé dans les antibiotiques. Une fois le gène activé, les cellules ont commencé à construire le reste de l’acinus dans le modèle de Han, indiquant qu’elles n’étaient plus cancéreuses et avaient été reprogrammées.
« Dans ce modèle, non seulement les cellules cancéreuses sont reprogrammées, mais pour la première fois, nous sommes en mesure de montrer l’architecture tridimensionnelle normale de l’acinus, qui ressemble beaucoup aux mêmes structures que nous voyons dans un pancréas sain. “, a déclaré Konieczny.
Le laboratoire de Han mène actuellement des expériences explorant une éventuelle thérapie génique basée sur ces découvertes.
Référence : « Ingénierie d’un acinus pancréatique fonctionnel avec des cellules cancéreuses reprogrammées par l’expression induite de PTF1a » par Stephanie M. Venis, Hye-ran Moon, Yi Yang, Sagar M. Utturkar, Stephen F. Konieczny et Bumsoo Han, 9 août 2021, Laboratoire sur puce.
DOI : 10.1039 / D1LC00350J
Cette étude a été partiellement financée par des subventions des National Institutes of Health, du Walther Embedding Program in Physical Sciences in Oncology et du Purdue Center for Cancer Research, qui est l’un des sept centres de lutte contre le cancer du National Cancer Institute Basic Laboratory du pays.
