Impression de tumeurs en laboratoire
Un nouveau modèle de tumeur en 3D permet de tester les médicaments anticancéreux dans un environnement tissulaire réaliste
À l'aide d'une encre biologique composée d'alginate et de cellules humaines, des chercheurs de l'Université technique (TU) de Berlin et d'autres institutions ont imprimé un modèle tridimensionnel d'une métastase cancéreuse dans un tissu sain. Ils ont utilisé à cet effet une imprimante bio courante, de sorte que le modèle de tumeur peut être facilement repris par d'autres groupes de travail. Contrairement à l'expérimentation animale, le nouveau procédé permet de construire la tumeur et les tissus environnants à partir de cellules humaines. Cela permet d'étudier les médicaments anticancéreux potentiels non seulement pour voir s'ils détruisent la tumeur comme on l'espérait, mais aussi pour connaître les effets de la substance sur les tissus sains environnants.
Image symbolique
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Le fait que la lutte contre le cancer ne progresse qu'à un rythme d'escargot, malgré des décennies d'efforts à l'échelle mondiale, est également dû à la faible valeur informative des expériences sur les animaux. Ainsi, 97 pour cent de toutes les substances reconnues comme prometteuses pour un médicament anticancéreux lors de l'expérimentation animale échouent lors des essais cliniques sur l'homme. Manifestement, les processus biologiques complexes chez l'animal et chez l'homme sont souvent trop différents pour que l'on puisse tirer des conclusions transposables. Dans le modèle dit de xénogreffe, il est certes possible d'introduire des cellules tumorales humaines dans des animaux et d'étudier leur combat dans un organisme vivant. Mais d'une part, le système immunitaire des animaux doit être réprimé pour qu'ils ne rejettent pas les cellules étrangères. Et d'autre part, les cellules tumorales humaines se trouvent alors toujours dans un environnement de cellules animales - et non dans des tissus humains sains.
Un des cancers les plus fréquents chez l'enfant
"Cette situation ne reproduit donc que très imparfaitement les conditions réelles dans le corps", explique le professeur Jens Kurreck, directeur du département de biochimie appliquée de l'université technique de Berlin, où l'étude a été menée. "C'est ce que nous voulions améliorer dans notre modèle de tumeur imprimé en 3D et contribuer ainsi en même temps à réduire les expériences sur les animaux". Pour leur modèle, les chercheurs ont choisi l'un des cancers les plus fréquents chez l'enfant, le neuroblastome. Il se développe souvent dans les glandes surrénales ou dans la colonne vertébrale et forme également des métastases. Celles-ci ne peuvent généralement plus être enlevées par chirurgie, mais doivent être irradiées ou combattues par des médicaments. "Il est important que le médicament n'endommage que la tumeur et non les tissus environnants", explique le Dr Kurreck. Le problème est que "la tumeur et son environnement sont en contact par le biais de molécules de signalisation. Cela peut modifier le comportement des cellules tumorales et des cellules saines. Une expérience réaliste doit donc faire coexister les deux types de cellules".
Modèle de métastases avec structure en anneau
Les chercheurs ont donc établi deux variantes de modèle. D'une part, une structure de grille imprimée composée d'un seul type de cellules à la fois. Ici, il est très facile d'alimenter les cellules par une solution nutritive via les trous de la grille. Cette structure peut être utilisée pour tester rapidement une substance. Pour simuler une métastase de neuroblastome, les scientifiques* ont imprimé une structure composée d'anneaux concentriques, dont le noyau interne est constitué de cellules tumorales, tandis que les anneaux externes sont composés de cellules saines. "Ici, le défi était que la solution nutritive devait maintenir en vie les deux types de cellules. De plus, la structure globale des anneaux devait bien sûr rester stable pendant 72 heures au cours de l'expérience", explique Kurreck. Pour l'impression, les cellules sont mélangées à un ingrédient d'algues sous forme de gel, un "alginate". Après avoir été pulvérisé sur une surface en verre, il durcit en ajoutant une solution d'ions calcium. Lors de l'impression avec la buse de pulvérisation, il est important que les cellules ne soient pas détruites par l'effet de force qui en résulte.
L'impression 3D réagit de manière dix fois plus spécifique que les tests en boîte de Pétri
Le groupe de travail de Jens Kurreck a utilisé comme matériau cellulaire des cellules de neuroblastome ainsi que des cellules rénales saines. "Mais le modèle peut aussi être facilement adapté à d'autres types de cellules", souligne-t-il. Pour les tests de substances, les chercheurs ont utilisé le médicament anticancéreux panobinostat ainsi que la blasticidine, une toxine cellulaire utilisée comme antibiotique. Ils ont examiné si les cellules étaient encore vivantes ou déjà mortes à l'aide de marqueurs fluorescents verts ou rouges, qui s'allument en fonction de leur réaction avec le métabolisme cellulaire. Résultat : le panobinostat a été correctement identifié en tant que médicament, il n'a détruit que les cellules cancéreuses. La blasticidine, en revanche, en tant que poison cellulaire général, n'a pas laissé de cellules survivantes. Une comparaison avec les tests 2D traditionnels dans des boîtes de Pétri, dans lesquels les cellules tumorales et saines sont réparties de manière non structurée, a en outre montré que : la nouvelle méthode d'impression 3D réagit dix fois plus spécifiquement aux substances testées que les tests 2D en boîte de Pétri.
Des vaisseaux sanguins artificiels sont également possibles
"L'un des avantages de notre modèle est qu'il ne repose pas sur des innovations en matière d'appareil d'impression", explique Jens Kurreck. Il peut donc être utilisé par n'importe quel groupe de travail avec n'importe quelle imprimante bio disponible dans le commerce. Des extensions du modèle, incluant des vaisseaux sanguins artificiels, sont déjà à l'essai. En outre, il serait également possible de créer des modèles de tumeurs contenant des cellules immunitaires en plus des tissus normaux. "Celles-ci ont déjà été utilisées avec succès dans d'autres procédés de bio-impression", explique Kurreck. "Les modèles de tumeurs immunologiques en 3D constitueraient un grand progrès, car les immunothérapies, en particulier, sont très difficiles à mettre en œuvre dans le cadre d'expériences sur les animaux".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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