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La bio-luminescence met en lumière le métabolisme du cancer

© 2019 EPFL

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Il est possible de rendre les tumeurs cancéreuses bio-luminescentes comme des lucioles, en fonction du niveau d'absorption du glucose. C’est le coup d'envoi d’une technique permettant de quantifier l'absorption des métabolites. Cette méthode nommée BiGluc pourrait s'appliquer, au-delà du cancer, à de nombreuses autres maladies métaboliques.

Des scientifiques de l'EPFL ont inventé une nouvelle manière de quantifier – en temps réel – le métabolisme du glucose des tumeurs cancéreuses, en les rendant bio-luminescentes. Cette nouvelle sonde lumineuse n'est pas radioactive et fonctionne sur les organismes vivants tels que des souris porteuses de cellules tumorales. Cette technique exige des cellules tumorales marquées, deux injections et une caméra – une méthode décrite dans Nature Methods.

On marque une tumeur que porte une souris à la luciférase. Pour ce faire, on prélève un échantillon de la tumeur cancéreuse d’un patient, et on le marque chimiquement avec ces enzymes oxydatives responsable de la bio-luminescence des vers luisants. Puis on observe le développement de ces cellules afin de comprendre les bases biologiques du cancer, en vue du développement de traitements plus efficaces.

On injecte ensuite à la souris un premier composé qui ne se dégrade pas facilement dans le sang. Après 24 heures, un deuxième composé conçu pour réagir au premier seulement dans des conditions très spécifiques est ajouté.

La réaction entre les deux composés est paramétrée de manière à produire de la lumière bio-luminescente qui s'échappe du corps, comme des lucioles. A la différence qu’elle n’apparaît que là où les tumeurs métabolisent le sucre. En dirigeant le capteur d'une caméra CCD vers le corps, on obtient une photographie des niveaux métaboliques de la tumeur. La quantité de lumière émise est directement proportionnelle à la quantité de sucre métabolisé.

«Notre but était de développer un outil qui servira au développement de traitements plus efficaces contre le cancer», explique la chimiste Elena Goun, responsable du Laboratoire de chimie bio-organique et d'imagerie moléculaire, qui a dirigé l'étude. «Notre nouvelle technique d'imagerie nous permet de quantifier quelle quantité de sucre est métabolisée en temps réel, ce qui apporte des informations importantes sur le statut métabolique et les types de médicaments susceptibles de priver la tumeur de sa principale source d'énergie.»

Comment ça marche: des lucioles à l'imagerie du cancer

La chercheuse et son équipe se sont inspirées de la manière dont les lucioles luisent, et l'ont combinée avec de la « chimie click », une branche de la biologie chimique dans laquelle les molécules biocompatibles sont conditionnées pour «cliquer» spécifiquement entre elles, dans une réaction sur mesure qui se produit directement dans l'environnement complexe de l'organisme vivant.

Comme le cancer se caractérise par un niveau métabolique élevé, il consomme du sucre en grandes quantités. Ce processus est important pour la croissance du cancer et des métastases, mais il demeure mal compris en raison du manque d'outils non-invasifs pouvant s'appliquer au niveau de l'organisme dans son entier.

L'idée de la scientifique a été de concevoir deux molécules-click, l'une avec du sucre et l'autre avec la luciférine. Et ça marche.

Lorsque le sucre marqué par le click est consommé par la tumeur, il réagit avec la luciférine captive et produit une lumière bio-luminescente proportionnelle à la quantité de sucre qui pénètre dans la cellule. Elle a nommé sa technique d'imagerie des lucioles BiGluc, un raccourci pour «Bioluminescent Glucose».

BiGluc pourrait être mis en œuvre pour comprendre les besoins métaboliques de différentes tumeurs, ouvrant ainsi la voie à l'élaboration de traitements innovants et efficaces.

BiGluc dans l'imagerie pré-clinique du métabolisme du cancer et dans le développement de médicaments

«Notre technique novatrice d'imagerie optique offre une applicabilité clinique élevée et de nombreux avantages», précise Elena Goun. «Elle est non-radioactive, hautement sensible et quantifiable, les réactifs sont stables pour des années, et la lueur peut être observée pendant plusieurs heures.»

En raison de sa nature versatile, BiGluc pourrait s'appliquer au-delà du cancer pour fournir des images de cellules dysfonctionnelles dans de nombreuses autres pathologies humaines importantes dans lesquelles des changements dans le métabolisme jouent un rôle-clé, telles que le diabète, les maladies neurodégénératives, la stéatohépatite, et beaucoup d'autres.

«Ce qui est enthousiasmant dans ces résultats, c'est que nous avons posé les bases de développement d'une plate-forme d'imagerie ultra-sensible, pour quantifier l'absorption de nombreux métabolites importants qui jouent un rôle central dans de multiples maladies humaines, avec pour objectif la création de traitements plus efficaces,» conclut la chercheuse.