Parmi les différents types de tumeurs qui existent, le glioblastome est le type de cancer du cerveau le plus agressif et le plus mortel. Également connu sous le nom de glioblastome multiforme (GBM), les signes et symptômes du glioblastome ne sont pas spécifiques. Pour faciliter la prédiction du traitement, des chercheurs de l’université de Tel Aviv ont décidé d’imprimer en 3D une tumeur de glioblastome entière, active et viable.
Les modèles bioprimés en 3D sont basés sur des échantillons de patients, prélevés directement dans les salles d’opération du centre médical Sourasky de Tel Aviv. Le professeur Satchi-Fainaro, qui a dirigé les recherches, et l’étudiante en doctorat Lena Neufeld, lauréate de la bourse Dan David, ont créé le premier modèle bioimprimé 3D d’une tumeur de glioblastome, qui comprend un tissu cancéreux en 3D entouré d’une matrice extracellulaire. Cette dernière communique avec son microenvironnement via des vaisseaux sanguins fonctionnels.
« Le glioblastome est le cancer le plus meurtrier du système nerveux central, représentant la plupart des tumeurs malignes du cerveau« , explique le professeur Satchi-Fainaro. « Dans une étude précédente, nous avons identifié une protéine appelée P-Selectin, produite lorsque les cellules cancéreuses du glioblastome rencontrent la microglie — cellules du système immunitaire du cerveau. Nous avons découvert que cette protéine est responsable d’une défaillance de la microglie, ce qui l’amène à soutenir plutôt qu’à attaquer les cellules cancéreuses mortelles, favorisant ainsi la propagation du cancer. Cependant, nous avons identifié la protéine dans des tumeurs retirées lors d’une intervention chirurgicale, mais pas dans des cellules de glioblastome cultivées sur des boîtes de Pétri en plastique 2D dans notre laboratoire. La raison en est que le cancer, comme tous les tissus, se comporte très différemment sur une surface en plastique que dans le corps humain. Environ 90 % de tous les médicaments expérimentaux échouent au stade clinique parce que le succès obtenu en laboratoire n’est pas reproduit chez les patients. »
L’analyse du modèle imprimé en 3D révèle que, contrairement aux cellules cancéreuses qui poussent sur des boîtes de Pétri, le modèle imprimé en 3D a le potentiel d’être efficace pour prédire de manière rapide, robuste et reproductible le traitement le plus approprié pour un patient spécifique.
« Nous avons prouvé que notre modèle 3D est mieux adapté à la prédiction de l’efficacité des traitements, à la découverte de cibles et au développement de médicaments de trois manières différentes. Tout d’abord, nous avons testé une substance qui inhibait la protéine que nous avions récemment découverte, la P-Selectin, dans des cultures de cellules de glioblastome cultivées sur des boîtes de Pétri en 2D, et nous n’avons constaté aucune différence dans la division et la migration des cellules entre les cellules traitées et les cellules témoins qui n’ont reçu aucun traitement. En revanche, dans les deux modèles animaux et dans les modèles en bio-impression 3D, nous avons pu retarder la croissance et l’invasion du glioblastome en bloquant la protéine P-Selectin. Cette expérience nous a montré pourquoi des médicaments potentiellement efficaces arrivent rarement en clinique simplement parce qu’ils échouent aux tests dans les modèles 2D, et vice versa : pourquoi des médicaments considérés comme un succès phénoménal en laboratoire, échouent finalement dans les essais cliniques. En outre, en collaboration avec le laboratoire du Dr Asaf Madi du département de pathologie de la faculté de médecine de TAU, nous avons procédé au séquençage génétique des cellules cancéreuses cultivées dans le modèle bio-imprimé en 3D et les avons comparées aux cellules cancéreuses cultivées sur du plastique en 2D et aux cellules cancéreuses prélevées sur des patients. Nous avons ainsi démontré une bien plus grande ressemblance entre les tumeurs bioprintées en 3D et les cellules de glioblastome dérivées de patients et cultivées avec les cellules stromales du cerveau dans leur environnement naturel. Avec le temps, les cellules cancéreuses cultivées sur du plastique ont considérablement changé, pour finalement perdre toute ressemblance avec les cellules cancéreuses de l’échantillon de tumeur cérébrale du patient. La troisième preuve a été obtenue en mesurant le taux de croissance de la tumeur. Le glioblastome est une maladie agressive en partie parce qu’elle est imprévisible : lorsque les cellules cancéreuses hétérogènes sont injectées séparément dans des animaux modèles, le cancer restera dormant chez certains, tandis que chez d’autres, une tumeur active se développera rapidement. Cela est logique, car nous, les humains, pouvons mourir paisiblement de vieillesse sans jamais savoir que nous avons hébergé de telles tumeurs dormantes. Cependant, dans le laboratoire, toutes les tumeurs se développent à la même vitesse et se propagent à la même vitesse. Dans notre tumeur bio-imagée en 3D, l’hétérogénéité est maintenue et le développement est similaire au large spectre que nous observons chez les patients ou les modèles animaux. »
Selon le professeur Satchi-Fainaro, cette approche innovante permettra également le développement de nouveaux médicaments, ainsi que la découverte de nouvelles cibles médicamenteuses – à un rythme beaucoup plus rapide qu’aujourd’hui. On peut espérer qu’à l’avenir, cette technologie facilitera la médecine personnalisée pour les patients.
« Si nous prélevons un échantillon de tissu d’un patient, ainsi que sa matrice extracellulaire, nous pouvons réaliser une bio-impression en 3D de 100 petites tumeurs à partir de cet échantillon et tester de nombreux médicaments différents dans diverses combinaisons afin de découvrir le traitement optimal pour cette tumeur spécifique. Nous pouvons également tester de nombreux composés sur une tumeur imprimée en 3D et décider lequel est le plus prometteur pour un développement et un investissement ultérieurs en tant que médicament potentiel. Mais l’aspect le plus passionnant est peut-être de trouver de nouvelles protéines et de nouveaux gènes cibles pouvant être traités par des médicaments dans les cellules cancéreuses – une tâche très difficile lorsque la tumeur se trouve dans le cerveau d’un patient humain ou d’un animal modèle. Notre innovation nous donne un accès sans précédent, sans limite de temps, à des tumeurs en 3D imitant mieux le scénario clinique, ce qui permet une investigation optimale. »
Les résultats de cette étude ont été publiés aujourd’hui dans la revue Science Advances.
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