Les ingénieurs du MIT ont développé une technique qui, pour la première fois, leur permet de compter les cellules tumorales et de mesurer le taux de génération et la demi-vie des cellules tumorales circulantes (CTC). Crédit : José-Luis Olivares, MIT
AVEC les ingénieurs ont mis au point un moyen de compter les cellules tumorales circulantes insaisissables chez la souris, leur permettant d’étudier la dynamique des métastases.
Au fur et à mesure que les tumeurs se développent dans un organe, elles libèrent également des cellules qui pénètrent dans la circulation sanguine. Ces cellules peuvent voyager vers d’autres organes, semant de nouvelles tumeurs appelées métastases.
Les ingénieurs du MIT ont maintenant développé une technique qui, pour la première fois, leur permet de mesurer le taux de génération de ces cellules tumorales circulantes (CTC) chez la souris. Leur approche, qui révèle également combien de temps les CTC survivent une fois libérés dans la circulation sanguine, pourrait aider les scientifiques à en savoir plus sur la façon dont les différents types de cancers se propagent dans le corps.
“En échangeant du sang entre les souris tout en comptant les CTC en temps réel, nous avons obtenu une mesure directe de la vitesse à laquelle les CTC pénètrent dans la circulation et du temps qu’il faut avant qu’ils ne soient éliminés”, explique Scott Manalis, professeur d’ingénierie David H. Koch. dans les départements de génie biologique et de génie mécanique, membre de l’Institut Koch pour la recherche intégrative sur le cancer et auteur principal de l’étude.
À l’aide de leur nouveau système, les chercheurs ont pu étudier les CTC de tumeurs pancréatiques ainsi que deux types de tumeurs pulmonaires.
L’étudiant diplômé Alex Miller et Bashar Hamza PhD ’20, un scientifique invité de l’Institut Koch, sont les principaux auteurs de l’article, qui a été publié le 28 septembre 2021 dans Communication Nature.
Capturer des cellules rares
Les cellules tumorales circulantes sont rares chez les patients : un millilitre de sang peut contenir entre une et 10 de ces cellules. Ces dernières années, les chercheurs ont mis au point des stratégies pour capturer ces cellules insaisissables, qui peuvent fournir de nombreuses informations sur la tumeur d’un patient, et même aider les médecins à suivre la réaction d’une tumeur au traitement.
« Les cellules tumorales circulantes sont attrayantes car elles peuvent être obtenues à partir du sang et elles offrent une fenêtre sur la tumeur. C’est beaucoup plus facile que de faire une biopsie de la tumeur », explique Manalis.
Un schéma de la technique d’échange de sang utilisée pour calculer le taux de génération et le temps de demi-vie des CTC. Le système circulatoire de chaque souris est représenté comme un conteneur bien mélangé de sphères rouges (CTC). Crédit : Bashar Hamza et Alex Miller
Chez la souris, les CTC sont encore plus difficiles à trouver car les souris n’ont qu’un peu plus d’un millilitre de sang. Être capable d’étudier les CTC chez la souris pourrait aider les chercheurs à répondre à de nombreuses questions en suspens sur la rapidité avec laquelle ces cellules sont éliminées par les tumeurs, combien de temps elles survivent en circulation et avec quelle efficacité elles ensemencent de nouvelles tumeurs, dit Manalis.
Pour tenter de répondre à certaines de ces questions, Manalis et ses étudiants ont conçu un système qui leur permet de prélever le sang d’une souris atteinte d’une tumeur et de l’acheminer dans une souris en bonne santé. À travers un tube séparé, le sang de la souris saine retourne à la souris porteuse de tumeur. Le système comprend deux compteurs de cellules (un pour chaque souris) qui détectent et éliminent les cellules tumorales circulantes du sang.
Grâce à cette configuration, les chercheurs peuvent analyser tout le sang de chaque souris en moins d’une heure. Après avoir déterminé la concentration de CTC dans la circulation sanguine de la souris porteuse de tumeur et de la souris saine, ils peuvent calculer la vitesse à laquelle les CTC sont générés chez la souris porteuse de tumeur. Ils peuvent également calculer la demi-vie des cellules – une mesure de la durée de leur survie dans le sang avant d’être éliminées par le corps.
En collaboration avec des membres du laboratoire Jacks de l’Institut Koch, les chercheurs ont utilisé le système pour étudier des souris atteintes de trois types de tumeurs différents : le cancer du pancréas, le cancer du poumon à petites cellules et le cancer du poumon non à petites cellules.
Ils ont constaté que la demi-vie des CTC était assez similaire entre les trois types de tumeurs, avec des valeurs allant de 40 secondes à environ 250 secondes. Cependant, les taux de génération ont montré beaucoup plus de variabilité entre les différents types de tumeurs. Les tumeurs pulmonaires à petites cellules, connues pour être agressivement métastatiques, pourraient éliminer plus de 100 000 CTC par heure, tandis que les tumeurs pulmonaires non à petites cellules et les tumeurs pancréatiques n’excrétaient que 60 CTC par heure.
Des études antérieures qui reposaient sur l’injection de cellules tumorales à partir de lignées cellulaires cultivées en laboratoire ont montré que ces cellules avaient une demi-vie de quelques secondes seulement dans la circulation sanguine, mais les nouveaux résultats du laboratoire de Manalis suggèrent que les CTC endogènes persistent en réalité beaucoup plus longtemps. que ça.
Génération de métastases
Les chercheurs ont également montré que les souris saines qui ont reçu des CTC ont développé plus tard des métastases, même après avoir échangé seulement quelques milliers de CTC. Ils ont découvert que les CTC provenant de tumeurs pulmonaires à petites cellules formaient des métastases dans le foie des souris saines receveuses, tout comme ils l’ont fait chez les souris où les tumeurs se sont formées à l’origine.
“Ce que nous avons réalisé, c’est que ces CTC que nous injectons dans la souris receveuse saine commencent à se développer et à créer des métastases que nous pouvons détecter après quelques mois”, explique Hamza. “C’était passionnant à observer car cela a validé que notre technique d’échange de sang peut également être utilisée pour injecter en douceur un échantillon de CTC viable dans son environnement sanguin natif sans avoir à l’enrichir à l’aide de techniques in vitro dures.”
En utilisant cette approche, les chercheurs espèrent maintenant étudier comment différents traitements médicamenteux influencent les niveaux de CTC. “Avec ce système, nous pouvons examiner la concentration en temps réel des CTC, afin que nous puissions effectuer un traitement médicamenteux et voir comment il affecte la demi-vie et le taux de génération”, explique Miller.
Les chercheurs prévoient également d’étudier d’autres types de cancers, y compris les cancers du sang tels que les leucémies et les lymphomes, en utilisant ce système. La technique pourrait également être utilisée pour étudier la dynamique de la circulation d’autres types de cellules, y compris les cellules immunitaires telles que les neutrophiles et les cellules tueuses naturelles.
Référence : « Mesure de la cinétique et de la propension métastatique des CTC par échange de sang entre souris » par Bashar Hamza, Alex B. Miller, Lara Meier, Max Stockslager, Sheng Rong Ng, Emily M. King, Lin Lin, Kelsey L. DeGouveia, Nolawit Mulugeta , Nicholas L. Calistri, Haley Strouf, Christina Bray, Felicia Rodriguez, William A. Freed-Pastor, Christopher R. Chin, Grissel C. Jaramillo, Megan L. Burger, Robert A. Weinberg, Alex K. Shalek, Tyler Jacks et Scott R. Manalis, le 28 septembre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-25917-5
La recherche a été financée par le Virginia and DK Ludwig Fund for Cancer Research, le Cancer Systems Biology Consortium, le National Cancer Institute, le Pew-Stewart Scholars Program for Cancer Research, une bourse Sloan en chimie et les National Institutes of Health.
