Utilisation d'un modèle de culture 3D pour les cellules tumorales circulantes combiné à des essais biologiques moléculaires chez des patients atteints d'un cancer HNSCC

Étonnamment, avec 7,6 millions de décès (environ 13 % de tous les décès) en 2008, le cancer est l'une des principales causes de décès dans le monde, selon les données statistiques de l'Organisation mondiale de la santé (OMS). L'OMS estime également qu'il y aura 12 millions de décès par cancer dans le monde en 2030. Plus de 285 000 personnes reçoivent chaque année un diagnostic de cancer au Royaume-Uni, et l'estimation actuelle est que plus d'une personne sur trois développera une forme de cancer à un moment donné de sa vie. À Taiwan, le cancer est également l'une des principales causes de décès dans la population taïwanaise, selon les données statistiques du ministère de la Santé (Taiwan). Les dépenses associées aux soins et au traitement des patients atteints de cancer sont élevées et constituent un fardeau pour la famille des patients atteints de cancer. Par conséquent, le cancer constitue non seulement une menace énorme pour la vie humaine, mais il a également de graves conséquences sociales et sanitaires. La lutte contre le cancer constitue donc l'une des tâches prioritaires de la recherche biomédicale. Le cancer est un terme générique désignant un grand groupe de maladies pouvant toucher n’importe quelle partie du corps. Les autres termes utilisés sont tumeurs malignes et néoplasmes. L'une des caractéristiques déterminantes du cancer est la création rapide de cellules anormales qui se développent au-delà de leurs limites habituelles et qui peuvent ensuite envahir les parties adjacentes du corps et se propager à d'autres organes. Ce processus est appelé métastase. Un cancer primitif est une masse tumorale présente sur le site de conversion initiale d'une cellule normale en cellule tumorale. Si toutes les cellules restaient dans la tumeur primitive, le cancer n’aurait que peu d’importance clinique. La croissance de la tumeur produirait une pression sur les tissus environnants, mais la masse tumorale bien définie pourrait être excisée chirurgicalement de manière simple et permanente. Néanmoins, les cellules tumorales ne restent pas toujours sur le site primaire mais s'éloignent par l'un des deux processus suivants : (a) l'invasion, ou le mouvement des cellules vers l'espace voisin occupé par d'autres tissus ; et (b) les métastases, la propagation des cellules vers des zones non directement adjacentes à la tumeur primitive, généralement via la circulation sanguine, le système lymphatique ou l'espace corporel. Les métastases se produisent généralement en plusieurs étapes : (c) détachement des cellules de la tumeur primitive, (2) pénétration et migration des cellules tumorales dans les vaisseaux lymphatiques ou les vaisseaux sanguins, (3) hébergement des cellules tumorales dans les vaisseaux sanguins d'organes distants, (d ) invasion de cellules tumorales à travers les parois des vaisseaux et dans les tissus des sites secondaires, (e) croissance de tumeurs secondaires au niveau des sites secondaires. Les métastases cancéreuses sont l’une des principales causes de mortalité liée au cancer.

Les cellules tumorales circulantes (CTC) sont les rares espèces cellulaires présentes dans le sang périphérique et documentées depuis 1869. Il est bien reconnu que la présence de CTC dans le système circulatoire est associée aux métastases cancéreuses. Les études fondamentales sur les CTC recèlent un énorme potentiel pour sonder les connaissances biologiques sur les mécanismes moléculaires sous-jacents aux métastases cancéreuses, aux mutations génétiques liées au cancer[8] ou à la découverte de biomarqueurs, ce qui pourrait à la fois faciliter et accélérer les scientifiques dans le développement de nouvelles solutions thérapeutiques pour les futurs soins contre le cancer. . De plus, on pense que les CTC présents dans la circulation sanguine sont principalement responsables de la progression ou de la rechute du cancer et constituent donc des cibles évidentes du traitement du cancer. Plusieurs études émergentes ont montré que les CTC peuvent constituer une biopsie tumorale en temps réel pouvant être utilisée dans le développement de nouveaux médicaments et dans la sélection de schémas thérapeutiques permettant d'établir respectivement la pharmacodynamique ou la réponse clinique des CTC aux traitements. Pour cette dernière utilité clinique, les réponses des CTC à la chimiothérapie (par ex. sensibilité ou résistance aux médicaments) peut non seulement être utilisé pour guider la chimiothérapie anticancéreuse personnalisée, mais peut également être un indicateur cliniquement important pour surveiller l'efficacité thérapeutique à long terme, la récidive de la maladie et le changement des caractéristiques biologiques des CTC en temps réel et de manière non invasive. . Cela peut fournir des informations prédictives pour l’ajustement du schéma thérapeutique tout au long des étapes des soins contre le cancer. Cependant, à la connaissance des enquêteurs, l'utilisation des CTC a été limitée principalement en raison de leur rareté avec une concentration approximative de 1 CTC pour 105 à 107 cellules mononucléées sanguines, et une telle rareté rend difficile à détecter et à isoler. De plus, la compréhension des chercheurs sur leurs propriétés biologiques ou chimico-physiques a été limitée par la disponibilité de technologies capables de les isoler en nombre suffisant. La quantité de CTC isolés est trop faible pour atteindre les limites d’échantillon les plus basses de nombreuses expériences moléculaires et fonctionnelles détaillées. Ces facteurs résultant de faibles taux de récupération ralentissent l’utilisation clinique des CTC. Malgré les limites des méthodes actuelles d'isolement des CTC, des cellules cancéreuses circulantes ont été détectées dans une grande majorité de cancers épithéliaux, tels que les cancers du sein, de la prostate, du poumon et du côlon. Les patients présentant des lésions métastatiques ont tendance à avoir des CTC détectés dans leur sang ; cependant, ceux-ci ont également été signalés dans certains cancers localisés. Par conséquent, pour des recherches plus détaillées, sur les caractéristiques des CTC et le mécanisme des métastases à distance, le développement d’un taux de récupération fiable et élevé avec une grande pureté des CTC isolés est actuellement le plus difficile et le plus critique.

La médecine de précision est une stratégie relativement nouvelle permettant d'identifier le meilleur traitement pour la maladie de chaque patient, basée sur la caractérisation génomique de la tumeur d'un individu. Bien que cette approche soit extrêmement prometteuse, les profils génétiques et épigénétiques complexes des cellules tumorales individuelles ont rendu cette approche difficile. . Une autre approche pour prédire la réponse au traitement consiste à tester directement les cellules tumorales de patients dans des modèles bidimensionnels (2D) établis dans le cadre d’études de dépistage de médicaments. Des études récentes menées par Yoshii et ses collègues ont indiqué que les conditions de culture tridimensionnelles (3D) peuvent refléter davantage les conditions de croissance in vivo de la tumeur que les cultures cellulaires 2D. Pour explorer cela, nous avons précédemment établi des modèles de culture 3D pour HNSCC et les avons comparés à des cultures 2D et à des modèles de tumeurs in vivo.

Les xénogreffes dérivées de patients (PDX) ont été largement utilisées pour les études de dépistage de médicaments afin de surmonter les limites des études de dépistage 2D. Cependant, les modèles PDX présentent également certaines limites ; notamment, les faibles taux de prise de greffe de cancer chez les souris nues, les différences frappantes de pharmacocinétique entre deux humains et deux souris, et le long temps requis pour les études de dépistage de médicaments (4 à 8 mois) dans les PDX. Récemment, des modèles de culture cellulaire 3D ont été utilisés pour des études de dépistage de médicaments et des analyses de biomarqueurs. L'établissement de lignées cellulaires à partir de cultures 2D de tumeurs dérivées de tissus de patients a un faible taux de réussite, et seules certaines cellules tumorales peuvent survivre dans l'environnement 2D, ce qui peut se refléter dans une hétérogénéité tumorale altérée par rapport à la tumeur d'origine. De plus, il est bien connu qu’une culture à long terme peut sélectionner des altérations génétiques. Étant donné que la plupart des modèles de culture 3D dérivés de lignées cellulaires 2D établies ne conservent pas le phénotype tumoral d'origine, le développement de cultures organoïdes cancéreuses 3D directement à partir du tissu cancéreux d'un patient qui comprend des cellules souches cancéreuses peut mieux récapituler le caractère de la tumeur du patient que celles dérivées de cellules préalablement passées en cultures 2D. Bien qu’il existe des méthodes publiées pour générer des organoïdes cancéreux dans divers types de cancer, l’établissement d’organoïdes cancéreux HNSCC n’a pas été tenté. Par conséquent, les enquêteurs souhaitaient développer un modèle organoïde de cancer HNSCC, caractériser ses propriétés et les comparer aux caractéristiques de l'original.

La méthode CTOS (Cancer Tissue-Originated Spheroids) est une technique permettant d’établir des lignées organoïdes cancéreuses rapportées par Kondo et al. qui a montré un taux très établi de cancer du côlon, de cancer du poumon et de cancer de la vessie. Dans cette méthode, les lignées cellulaires obtenues sont cultivées et maintenues sous forme d’organoïdes. Les organoïdes ont la capacité de conserver les mêmes caractéristiques histologiques des tumeurs d'origine. De plus, la population de cellules souches cancéreuses est très similaire entre les lignées tumorales d’origine et les lignées organoïdes, ce qui indique que la méthode CTOS peut récapituler le caractère de la tumeur d’origine. Dans cette proposition, les chercheurs tentent d'évaluer la faisabilité de l'établissement et de la caractérisation des organoïdes HNSCC, et l'utilité de ces lignées cellulaires comme modèle pour le dépistage et les tests de médicaments.