De minuscules tissus tumoraux pour combattre le cancer – Monash Lens

La professeure agrégée Daniela Loessner occupe deux mondes au sein de Monash – l’ingénierie et la médecine, en particulier l’ingénierie tissulaire et la biologie cellulaire.

Son travail, à une toute petite échelle, aide à ouvrir la voie à des médicaments plus précis pour lutter contre le cancer en construisant des modèles tridimensionnels de tissus tumoraux.

La nouvelle revue qu’elle a dirigée des tiss émergentsue domaine de l’ingénierie est décrit dans La nature examine les matériauxet montre que les avancées dans plusieurs frontières scientifiques complexes fournissent des modèles 3D très précis d’une tumeur individuelle de patient dans laquelle des traitements peuvent être testés.

L’introduction du document explique que bien que le cancer soit « la principale cause de décès dans le monde », le développement de nouveaux traitements est en partie entravé par une grande variabilité. Par exemple, le même type de tumeur pancréatique est différent entre deux patients, et il existe des différences au sein d’une tumeur chez un patient.

Plus que la biologie cellulaire

La science exige également plus que la biologie cellulaire. Elle a besoin d’une expertise en ingénierie des matériaux d’origine synthétique et naturelle – polymères, algues, gélatine et cellulose. Des ingénieurs spécialisés construisent également des bio-imprimantes et utilisent des “bio-encres” pour imprimer en 3D l’échafaudage des modèles 3D.

La professeure agrégée Loessner occupe ses postes conjoints au Ecole d’ingénieurs et le Faculté de médecine, sciences infirmières et sciences de la santéet aussi au Institut Leibniz de recherche sur les polymères à Dresde, Allemagne.

Elle est une experte internationale en ingénierie des tissus tumoraux, commençant comme biologiste cellulaire dans le cancer de l’ovaire et se diversifiant dans la bio-ingénierie, la science des matériaux, la nanotechnologie et l’ingénierie des cellules souches – une étude de cas pour la science interdisciplinaire moderne.

“Les biologistes cellulaires peuvent cultiver des cellules cancéreuses en laboratoire, mais nous ne pouvons pas comprendre les tumeurs en cultivant des cellules cancéreuses de manière isolée”, explique-t-elle. “Le secret pour concevoir de meilleurs modèles de cancer 3D est une collaboration multidisciplinaire entre l’ingénierie tissulaire et la biologie.”

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Les modèles 3D sont très petits, environ cinq millimètres de diamètre. Les « matrices » de base et les échafaudages sont constitués de différents biomatériaux.

L’innovation est maintenant que les modèles 3D capturent les interactions entre de nombreuses cellules trouvées dans un tissu tumoral. Les scientifiques peuvent désormais examiner l’ensemble du microenvironnement tumoral, avec des cellules malignes et saines à l’intérieur et la matrice extracellulaire à l’extérieur.

“Cette matrice change lorsqu’une personne développe un cancer”, dit-elle. « Elle devient plus dense et plus rigide, la composition change, puis la tumeur évolue, ce qui aide la tumeur à grossir et aussi, malheureusement, la maladie à progresser.

“Ainsi, l’interaction cellule-matrice joue un rôle important dans métastases», dit-elle, « et la plupart des personnes diagnostiquées avec un cancer meurent de métastases, et non à cause de la tumeur primaire. Nous commençons à en savoir beaucoup plus parce que nous avons ces nouvelles technologies – nous les essayons d’utiliser différents nouveaux médicaments pour adoucir cette matrice.

“Si c’est ce que le patient reçoit en premier, et que vous le frappez ensuite avec la chimiothérapie, cela devrait être beaucoup plus efficace.”

La communication est la clé

Une grande partie du comportement des tumeurs et des réponses aux traitements est maintenant liée à la communication entre les cellules cancéreuses et les cellules non cancéreuses ou « stromales », au point où les cellules stromales soutenant la croissance de la tumeur peuvent elles-mêmes être des cibles pour les thérapies anticancéreuses.

Les cellules cancéreuses peuvent également sécréter et remodeler leur propre matrice extracellulaire, modifiant les propriétés physiques des tissus environnants d’une manière qui peut améliorer l’invasion cellulaire.

“Par exemple, les tumeurs pancréatiques sont très dures ou raides”, explique le professeur agrégé Loessner, “et cette dureté ou raideur peut être associée à une maladie plus agressive qui est beaucoup plus difficile à traiter.”

La professeure agrégée Loessner et son équipe trouvent et mettent également en œuvre des moyens de rendre la rigidité et l’élasticité des modèles 3D « ajustables » afin qu’ils puissent imiter les propriétés physiques trouvées dans les tissus tumoraux à différents stades de progression de la maladie.

“En reproduisant l’environnement physique, nous pouvons faire en sorte que les cellules cancéreuses se développent en laboratoire comme elles le feraient dans leur environnement d’origine dans le corps”, dit-elle.

Moins de recours aux tests cliniques

Plus le modèle 3D d’ingénierie tissulaire est performant, plus les scientifiques pourront étudier et comprendre de près la croissance, la migration et l’invasion des cellules cancéreuses, et observer les réponses aux chimiothérapies et la gamme en développement rapide d’immunothérapies ou de thérapies ciblant le stroma.

Les avancées scientifiques signifient moins de recours aux tests précliniques dans le but d’un traitement «co-clinique» ou d’essais «co-cliniques» où un patient et un modèle de laboratoire du même tissu tumoral sont traités et comparés. Pas encore en temps réel, mais très rapidement – ​​dans environ trois à quatre semaines.

« Nous obtenons une réponse rapide, nous retournons voir le patient et l’oncologue et recommandons une combinaison de traitement spécifique pour ce patient.

L’article indique que deux domaines de recherche qui ont particulièrement besoin de nouvelles approches d’oncologie 3D ont un “besoin clinique non satisfait” – les tumeurs pancréatiques, qui devraient être la deuxième cause de décès liés au cancer au cours de cette décennie, et les cancers pédiatriques rares tels que neuroblastome, ostéosarcome et sarcome d’Ewing.