Nouvelle stratégie pour développer et mesurer la réponse des organoïdes tumoraux au traitement

Des scientifiques du UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center ont développé une nouvelle méthode pour bio-imprimer des organoïdes tumoraux miniatures conçus pour imiter la fonction et l’architecture de tumeurs réelles. Le processus amélioré permet aux chercheurs d’utiliser une méthode d’imagerie avancée pour étudier et analyser des organoïdes individuels en détail, ce qui peut aider les chercheurs à identifier des traitements personnalisés pour les personnes atteintes de cancers rares ou difficiles à traiter.

La méthode est décrite dans la revue Communication Nature.

Les organoïdes tumoraux sont devenus des outils fondamentaux pour étudier la biologie tumorale et mettre en évidence les sensibilités aux médicaments des patients individuels. Cependant, nous avons encore besoin de meilleurs moyens d’anticiper si une résistance pourrait survenir dans une petite population de cellules, ce que nous pourrions ne pas détecter à l’aide d’approches de dépistage conventionnelles. C’est vraiment important, d’autant plus que les prédictions de médicaments basées sur les organoïdes commencent à être exploitées cliniquement.”

Alice Soragni PhD, Professeure adjointe, Département de chirurgie orthopédique, École de médecine David Geffen, Université de Californie – Sciences de la santé de Los Angeles

Ces tumeurs miniaturisées, appelées organoïdes, peuvent être cultivées en laboratoire en utilisant des lignées cellulaires ou les propres cellules des patients pour mieux comprendre la biologie et les maladies humaines. En recréant des tumeurs de patients, les chercheurs peuvent tester différents médicaments pour voir si la tumeur répondra bien ou mal au traitement. Cela peut aider les médecins à choisir le meilleur traitement pour leurs patients.

Bien que ces mini-tumeurs aient contribué à améliorer la modélisation des médicaments et deviennent des outils précieux pour tester l’efficacité et l’innocuité de médicaments potentiels, il est toujours difficile pour les modèles actuels de capturer l’hétérogénéité tumorale sous-jacente qui entraîne souvent une résistance cliniquement observée à la thérapie. L’une des principales limites de cette approche est que les méthodes actuelles ne parviennent pas à capturer les changements ou les différences au sein des échantillons d’organoïdes qui peuvent être responsables de la résistance à la thérapie observée dans les milieux cliniques.

Pour surmonter ces défis, l’équipe de chercheurs a créé une méthode qui utilise une technique de bio-impression pour imprimer des cellules dans une fine couche de protéines extra-cellulaires de support pour donner naissance à des mini-tumeurs 3D sans altérer l’histologie tissulaire et les expressions géniques. L’équipe a combiné des cellules bio-imprimées avec l’interférométrie de cellules vivantes à grande vitesse (HSLCI), un système d’imagerie qui est une approche non destructive utilisée pour observer et mesurer le poids des cellules vivantes en temps réel. Ces méthodes sont ensuite combinées avec des algorithmes d’apprentissage automatique pour analyser et mesurer des organoïdes individuels.

“En utilisant cette méthode, nous sommes en mesure de mesurer avec précision les masses de milliers d’organoïdes simultanément”, a déclaré le Dr Michael Teitell, directeur du UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center et co-auteur principal de l’étude. “Ces informations permettent d’identifier les organoïdes sensibles ou résistants à des thérapies spécifiques, qui peuvent être utilisées pour sélectionner rapidement les options de traitement les plus efficaces pour les patients.”

Avec la nouvelle combinaison de méthodes, les chercheurs ont confirmé qu’ils pouvaient mesurer les schémas de croissance des cellules tumorales bio-imprimées au fil du temps pour voir comment les cellules répondaient à différents médicaments ou traitements.

“Les mesures ont été effectuées d’une manière qui n’endommageait ni ne détruisait les organoïdes, permettant une analyse non invasive de leur croissance et de leurs réponses aux médicaments”, a noté Teitell.

Les chercheurs ont pu identifier un effet de certains médicaments sur les cellules dès six heures après l’ajout des thérapies. L’équipe a également identifié de petits groupes de cellules qui ne répondaient pas aux médicaments, même au sein d’échantillons de lignées cellulaires très homogènes constitués principalement de cellules qui répondaient au traitement.

“Ce nouveau pipeline a amélioré la qualité et la profondeur des informations que nous pouvons obtenir à partir du dépistage de médicaments sur des modèles 3D de maladies”, a déclaré Soragni. “Nous appliquons maintenant la même approche aux organoïdes établis à partir de cancers rares et difficiles à traiter.”

Les chercheurs tireront parti de la nouvelle approche pour découvrir de nouvelles avenues thérapeutiques et de nouveaux mécanismes de résistance afin de développer éventuellement des stratégies de traitement personnalisées.

Les co-premiers auteurs sont Peyton Tebon, Bowen Wang et Alexander Markowitz, tous de l’UCLA. Les autres auteurs de l’UCLA incluent Ardalan Davarifar, Brandon Tsai, Alfredo Gonzalez, Sara Sartini, Huyen Nguyen, Nasrin Tavanaie, Thang Nguyen et Paul Boutros.

L’étude a été financée en partie par des subventions des National Institutes of Health, du ministère de la Défense, d’une bourse de recherche de la National Science Foundation, d’une bourse Eugene V. Cota Robles et de l’Air Force Office of Scientific Research.