Israël imprime en 3D la première tumeur maligne au monde

Le glioblastome est basé sur des échantillons prélevés sur des patients pendant la chirurgie et est entouré d’un système complexe de tubes ressemblant à des vaisseaux sanguins à travers lesquels les cellules sanguines et les médicaments peuvent circuler, imitant une véritable tumeur, a expliqué le professeur Ronit Sachi-Vinaru, qui a dirigé les travaux, a expliqué . Recherche.

(De gauche à droite) : Elam Yeni, le professeur Saatchi-Vinaro et Lena Neufeld. (crédit : Université de Tel Aviv)

Le modèle 3D peut aider à accélérer la découverte et le développement de médicaments ou de cibles médicamenteuses, et faciliter un nouveau niveau de médecine personnalisée pour les patients, permettant une prédiction rapide et plus robuste des traitements les plus appropriés.

La recherche a été publiée mercredi dans la revue à comité de lecture Science Advances. Elle a été menée en collaboration avec la doctorante Lena Neufeld. L’étude a été financée par la Fondation Morris Kahn, le Conseil européen de la recherche, le Fonds israélien de recherche sur le cancer, la Société israélienne du cancer, la Fondation israélienne pour la science et Check Point Software Technology.

Jusqu’à présent, les cellules cancéreuses ont été cultivées dans des boîtes de Pétri en plastique bidimensionnelles.

« J’allais mettre 1 000 cellules dans deux boîtes de Pétri et traiter l’une d’entre elles avec un agent chimiothérapeutique », a déclaré Sachi-Vinaro. « Le lendemain, ou trois jours plus tard, je m’attendrais à voir les cellules traitées reculer à 10 % des cellules d’origine, tandis que le groupe témoin continue de se multiplier chaque jour. »

Lorsque les résultats étaient bons, les chercheurs sur le cancer emmenaient le travailleur à la clinique.

« Nous testons de nouveaux médicaments comme celui-ci depuis au moins trois ou quatre décennies, moi y compris », a expliqué Saatchi Vainaro. Mais, a-t-elle dit, 90 des 100 composés, lorsqu’ils passent du laboratoire à la clinique, ne fonctionnent pas.

« C’est scandaleux ! Cela signifie que quelque chose ne va pas. J’ai commencé à me demander. J’en suis arrivé à penser que nous aurions peut-être travaillé avec le mauvais modèle de cancer. »

Ce qui a en fait incité Saatchi-Vinaro à arrêter une étude précédente qu’elle a récemment achevée dans laquelle son équipe a identifié une protéine appelée P-Selectin, qui est produite lorsque les cellules cancéreuses du glioblastome rencontrent des cellules du système immunitaire du cerveau.

« Nous avons découvert que cette protéine est responsable de l’échec de la microglie, les obligeant à soutenir les cellules cancéreuses mortelles plutôt que de les attaquer, ce qui aide le cancer à se propager », a-t-elle déclaré. « Cependant, nous avons identifié la protéine dans les tumeurs retirées pendant la chirurgie, mais pas dans les cellules de glioblastome cultivées sur des boîtes de Pétri en plastique 2D dans notre laboratoire. »

Illustration d’une vue imprimée en 3D d’une tumeur dans un microenvironnement cérébral selon un modèle 3D calculé. (crédit : Université de Tel Aviv)

Composé de cellules tumorales, le modèle recrée également le «microenvironnement cérébral» – des cellules gliales spécialisées, les principales cellules immunitaires innées du système nerveux central et des vaisseaux sanguins. Les vaisseaux sanguins sont connectés à un système de tubes à travers lesquels l’équipe peut faire circuler des globules rouges et blancs et divers médicaments dans le modèle tumoral pour mieux prédire ce qui fonctionne.

« Chaque modèle est imprimé dans un bioréacteur que nous avons conçu en laboratoire à partir d’échantillons d’hydrogel de matrice extracellulaire prélevés sur le patient, simulant ainsi le tissu lui-même.

Les propriétés physiques et mécaniques du cerveau diffèrent de celles d’autres organes, tels que la peau, les seins ou les os. Le tissu mammaire est principalement constitué de graisse. Le tissu osseux est principalement composé de calcium. « Chaque tissu a ses propres caractéristiques, qui influencent le comportement des cellules cancéreuses et leur réaction aux médicaments », a déclaré Sachi Vainaro.

Elle a déclaré que le modèle recrée vraiment les propriétés mécaniques critiques d’une tumeur et de l’environnement dans lequel elle se développe, telles que la plasticité et l’élasticité.

Une fois le modèle créé, l’équipe a cherché à prouver pourquoi il fonctionnait mieux que les plats en plastique 2D.

« Tout d’abord, nous avons testé une substance qui inhibe la protéine que nous avons récemment découverte, la P-Sélectine, dans des cultures de cellules de glioblastome cultivées sur des boîtes de Pétri 2D, et n’avons trouvé aucune différence dans la division cellulaire et la migration entre les cellules traitées et les cellules témoins qui n’ont pas reçu de traitement. « , expliqua Saatchi. Vainaro. « En revanche, dans les modèles animaux et les modèles 3D bio-imprimés, qui surexpriment la protéine, nous avons pu retarder la croissance et l’invasion du glioblastome en bloquant la protéine P-Selectin. »

Ensuite, l’équipe a effectué le séquençage génétique des cellules cancéreuses cultivées dans le modèle 3D et les a comparées à celles cultivées dans une boîte de Pétri et au cerveau du patient. L’expérience a montré une bien plus grande similitude entre les tumeurs bio-imprimées imprimées en 3D et les cellules du patient, par rapport aux cellules implantées dans du plastique.

« Au fil du temps, les cellules tumorales se développant sur le plastique étaient fortement suspendues et ont finalement perdu toute ressemblance avec les cellules tumorales de l’échantillon de tumeur cérébrale du patient », a déclaré Sachi-Vinaro.

Enfin, ils ont mesuré le taux de croissance tumorale.

« Le glioblastome est une maladie agressive en partie parce qu’elle est imprévisible. Lorsque des cellules tumorales hétérogènes sont injectées séparément dans des animaux modèles, le cancer restera latent chez certains, tandis que chez d’autres, la tumeur active progressera rapidement. « 

Toutes ces tumeurs se développent sur la boîte à la même vitesse, alors que dans la tumeur 3D, l’hétérogénéité est préservée.

Il a fallu cinq ans à l’équipe pour créer une tumeur bio-imprimée en 3D, a déclaré Saatchi-Vinaro.

« Nous avons été confrontés à de nombreuses difficultés et défis en cours de route », a-t-elle déclaré.

Mais ils espèrent maintenant que cette percée changera à jamais la recherche sur le cancer.

« Si nous prélevons un échantillon de tissu d’un patient, ainsi que la matrice extracellulaire, nous pouvons bioimprimer en 3D à partir de cet échantillon 100 petites tumeurs et tester de nombreux médicaments différents dans différentes combinaisons pour découvrir le traitement optimal pour cette tumeur spécifique », a déclaré Sachi-Vinaro. . « Alternativement, nous pouvons tester plusieurs composés sur une tumeur bio-imprimée en 3D et déterminer lesquels sont prometteurs pour un développement et un investissement ultérieurs en tant que médicament potentiel.

« Mais peut-être l’aspect le plus excitant est de trouver de nouvelles protéines et gènes cibles traitables dans les cellules cancéreuses – une tâche très difficile lorsque la tumeur est à l’intérieur du cerveau d’un patient humain ou d’un animal modèle. »

Le plan ultime, a-t-elle dit, est de créer d’autres sites tumoraux comme ils l’ont fait pour le glioblastome, comme les tumeurs cérébrales qui se développent à des stades avancés du cancer du poumon ou du sein. Ils lancent un essai clinique au centre médical Sheba à Tel Hashomer pour valider la technologie. Si, après trois à six mois, le patient et le modèle répondent systématiquement aux traitements, a déclaré Saatchi-Vinaro, « imaginez combien de temps et d’argent nous économiserions ».

« Notre innovation nous donne un accès sans précédent, sans limite de temps, aux tumeurs 3D qui simulent au mieux le scénario clinique, permettant une investigation optimale. »