{{{sourceTextContent.title}}}

Alternative à la biopsie : un dispositif " portatif " capture les cellules cancéreuses dans le sang

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Un dispositif prototype portable, testé sur des modèles animaux, peut prélever en continu des cellules cancéreuses vivantes directement dans le sang d'un patient.

{{{sourceTextContent.description}}}

Développé par une équipe d'ingénieurs et de médecins de l'Université du Michigan, il pourrait aider les médecins à diagnostiquer et à traiter plus efficacement le cancer.

"Personne ne veut faire une biopsie. Si nous pouvions obtenir suffisamment de cellules cancéreuses du sang, nous pourrions les utiliser pour en apprendre davantage sur la biologie tumorale et les soins directs aux patients. C'est la raison pour laquelle nous le faisons avec enthousiasme ", explique Daniel F. Hayes, M.D., titulaire de la chaire Stuart B. Padnos de recherche sur le cancer du sein au Rogel Cancer Center de l'Université du Michigan et auteur principal de l'article publié dans Nature Communications.

Les tumeurs peuvent libérer plus de 1 000 cellules cancéreuses dans le sang en une minute. Les méthodes actuelles de capture des cellules cancéreuses à partir du sang reposent sur des échantillons prélevés sur le patient - habituellement pas plus d'une cuillerée à soupe prise en une seule prise. Certaines prises de sang reviennent sans cellules cancéreuses, même chez les patients atteints d'un cancer avancé, et un échantillon typique ne contient pas plus de 10 cellules cancéreuses.

Pendant quelques heures à l'hôpital, le nouveau dispositif pourrait capturer en continu les cellules cancéreuses directement à partir de la veine, ce qui permettrait de dépister des volumes beaucoup plus importants du sang d'un patient. Dans les essais sur les animaux, la puce qui saisit les cellules dans le dispositif portable a piégé 3,5 fois plus de cellules cancéreuses par millilitre de sang qu'elle ne l'a fait avec des échantillons prélevés par prélèvement sanguin.

"C'est la différence entre avoir une caméra de sécurité qui prend une photo d'une porte toutes les cinq minutes ou une vidéo. Si un intrus entre les clichés, vous ne le sauriez pas ", dit Sunitha Nagrath, Ph.D., professeure agrégée de génie chimique à U-M, qui a dirigé le développement de l'appareil.

La recherche montre que la plupart des cellules cancéreuses ne peuvent pas survivre dans la circulation sanguine, mais celles qui y parviennent sont plus susceptibles de commencer une nouvelle tumeur. Généralement, ce sont ces tumeurs satellites, appelées métastases, qui sont mortelles, plutôt que la tumeur originale. Cela signifie que les cellules cancéreuses capturées dans le sang pourraient fournir une meilleure information pour la planification des traitements que celles obtenues par biopsie classique.

L'équipe a testé le dispositif chez des chiens au Flint Animal Cancer Center de la Colorado State University, en collaboration avec Douglas Thamm, VMD, professeur d'oncologie vétérinaire et directeur de la recherche clinique. Ils ont injecté des cellules cancéreuses humaines à des animaux adultes en bonne santé, qui sont éliminées par le système immunitaire des chiens pendant quelques heures, sans effets durables.

Pendant les deux premières heures suivant l'injection, les chiens ont reçu un léger sédatif et ont été reliés à l'appareil, qui a examiné entre 1 et 2 % de leur sang. Au même moment, les chiens étaient soumis à une prise de sang toutes les 20 minutes, et les cellules cancéreuses de ces échantillons étaient prélevées par une puce du même modèle.

L'appareil réduit une machine de la taille d'un four à quelque chose qui peut être porté au poignet et relié à une veine dans le bras. Pour l'aider dans la conception, l'équipe d'ingénierie s'est tournée vers Laura Cooling, M.D., professeure de pathologie clinique à U-M et directrice associée de la banque de sang, où elle gère les systèmes grandeur nature.

"Les parties les plus difficiles étaient l'intégration de tous les composants dans un seul dispositif, puis la garantie que le sang ne coagule pas, que les cellules n'obstruent pas la puce et que l'ensemble du dispositif est complètement stérile ", explique Tae Hyun Kim, Ph.D., qui a obtenu son doctorat en génie électrique au Nagrath Lab et est maintenant chercheur postdoctoral au California Institute of Technology.

Ils ont mis au point des protocoles pour mélanger le sang avec l'héparine, un médicament qui empêche la coagulation, et des méthodes de stérilisation qui tuent les bactéries sans nuire aux marqueurs immunitaires, ou anticorps, ciblant les cellules sur la puce. Kim a également emballé certaines des plus petites pompes de qualité médicale dans une boîte imprimée en 3D avec l'électronique et la puce pour la capture des cellules cancéreuses.

La puce elle-même est un nouveau rebondissement sur l'un des appareils les plus performants du laboratoire de Nagrath en termes de taux de capture. Il utilise le nanomatériau oxyde de graphène pour créer des forêts denses de chaînes moléculaires à pointes d'anticorps, ce qui lui permet de piéger plus de 80 % des cellules cancéreuses dans le sang total qui circule à travers lui. La puce peut également être utilisée pour faire croître les cellules cancéreuses capturées et produire de plus gros échantillons pour des analyses plus poussées.

Dans les prochaines étapes pour le dispositif, l'équipe espère augmenter le taux de traitement du sang. Ensuite, sous la direction de Thamm, ils utiliseront le système optimisé pour capturer les cellules cancéreuses des chiens de compagnie qui viennent au centre anticancéreux en tant que patients. Des puces ciblant les protéines à la surface des cellules canines canines du cancer du sein sont en cours de développement dans le laboratoire Nagrath.

Hayes estime que l'appareil pourrait être mis à l'essai chez l'humain d'ici trois à cinq ans. Il serait utilisé pour aider à optimiser les traitements des cancers humains en permettant aux médecins de voir si les cellules cancéreuses fabriquent les molécules qui servent de cibles à de nombreux nouveaux médicaments anticancéreux.

"C'est l'incarnation même de la médecine de précision, qui est si excitante dans le domaine de l'oncologie à l'heure actuelle ", dit Hayes.