Des côlons miniatures pour la recherche contre le cancer colorectal

Dans notre combat contre le cancer, il est crucial de développer des modèles plus sophistiqués et plus réalistes pour étudier la formation des tumeurs. En effet, les modèles animaux ne permettent pas de suivi en temps réel et les méthodes traditionnelles de culture cellulaire ne reproduisent pas les interactions complexes des facteurs impliqués dans le développement des tumeurs.

Même les modèles plus récents et plus avancés pour l’étude du cancer tels que les organoïdes – de minuscules versions d’organes cultivés en laboratoire – ne reproduisent pas fidèlement les comportements cellulaires ni l’architecture tissulaire observés dans les vraies tumeurs.

Cette lacune nous empêche de comprendre les processus complexes à l’origine de la formation et de la progression des tumeurs ainsi que leurs réponses aux traitements. Des modèles plus sophistiqués sont donc nécessaires pour reproduire avec précision la complexité des cancers.

En combinant des techniques de microfabrication et d’ingénierie tissulaire, des scientifiques ont développé un nouveau modèle de tissus miniatures de côlon capable de simuler fidèlement et à l’extérieur du corps le processus complexe de la tumorigenèse. Cette avancée scientifique majeure permet l’obtention de tumeurs très similaires à celles que l’on trouve in vivo.

Publiée dans la revue Nature, cette avancée a été réalisée par Luis Francisco Lorenzo Martín, Tania Hübscher et d’autres membres de l’équipe de Matthias Lütolf à l’EPFL. Elle a également impliqué la participation de l’équipe de Freddy Radtke (EPFL) et de collègues de l’Institute of Human Biology de Roche.

Les côlons miniatures sont complexes d’un point de vue topobiologique. Cela signifie qu’ils reproduisent non seulement la structure physique du tissu du côlon- un lumen en forme de tube avec des cryptes caractéristiques - mais aussi la diversité cellulaire observée in vivo à l’état sain et à l’état pathologique.

Optogénétique: «activer» le cancer

Une autre caractéristique importante des côlons miniatures est qu’ils peuvent être amenés à développer des tumeurs «à volonté» et dans des zones ciblées – un avantage considérable pour la recherche sur le cancer. Les chercheuses et chercheurs ont pu activer des oncogènes inductible à l’aide de l’«optogénétique». Cette technique de pointe utilise la lumière pour contrôler des processus biologiques tels que l’expression des gènes.

En intégrant un système sensible à la lumière bleue dans les côlons miniatures, les chercheuses et chercheurs leur ont donc fait subir des mutations oncogéniques contrôlées, ce qui permet de suivre l’évolution de la tumeur avec un niveau de détail sans précédent. Cette approche optogénétique a permis aux scientifiques de provoquer des changements ciblés dans des populations cellulaires spécifiques à l’intérieur des côlons miniatures, reproduisant ainsi l’apparition localisée du cancer colorectal dans l’organisme.

«Nous avons utilisé la lumière pour déclencher la tumorigenèse en activant des mutations de facteurs oncogènes de manière spatio-temporelle dans des organoïdes épithéliaux du côlon sains et issus de la bio-ingénierie, déclare Matthias Lütolf, qui est également le directeur fondateur du nouvel Institut de biologie humaine de Roche. Cela permet d’observer la formation des tumeurs en temps réel et d’effectuer des analyses très détaillées d’un processus qu’il est très difficile d’étudier chez la souris.»

La possibilité de déclencher ces changements génétiques à l’aide de la lumière dans les tissus de côlon miniatures permet non seulement une activation plus précise et contrôlées des oncogènes, mais aussi de disposer d’un outil efficace pour étudier les processus dynamiques du développement tumoral et la réponse cellulaire à ces mutations en temps réel. Cette utilisation innovante de l’optogénétique ouvre de nouvelles voies pour décortiquer les mécanismes moléculaires et cellulaires du cancer.

En manipulant les conditions génétiques et environnementales, les chercheuses et chercheurs ont également pu reproduire et observer divers comportements tumoraux dans les côlons miniatures. Ils ont même pu identifier des facteurs clés influençant la progression du cancer – par exemple l’association de la protéine GPX2aux caractéristiques des cellules souches et à la croissance tumorale.

Cette recherche révolutionnaire offre un nouvel outil pour explorer les mécanismes à l’origine du cancer colorectal et tester des thérapies potentielles, en particulier lorsqu’elle est appliquée à des tissus provenant de patientes et patients humains. La capacité des côlons miniatures à reproduire le développement des tumeurs peut réduire notre utilisation des modèles animaux, ce qui a le potentiel d’accélérer la découverte et le développement de nouveaux traitements.

Autres contributeurs

• Institut Suisse de Recherche Expérimentale sur le Cancer (ISREC) de l’EPFL
• Centre suisse du cancer – Arc lémanique (SCCL)
• Institute of Human Biology, Centre d’Innovation Roche de Bâle