Un nouveau modèle de tumeur imprimé en 3D permet un traitement du cancer plus rapide, moins coûteux et moins douloureux

Une équipe internationale de chercheurs interdisciplinaires a réussi à créer une méthode permettant une meilleure modélisation 3D des cancers complexes. L’équipe de l’Université de Waterloo a combiné des techniques de bio-impression de pointe avec des structures synthétiques ou des puces microfluidiques. La méthode aidera les chercheurs en laboratoire à comprendre plus précisément les tumeurs hétérogènes : des tumeurs contenant plus d’un type de cellules cancéreuses, souvent dispersées selon des schémas imprévisibles.

La recherche, « Hétérogénéité tumorale contrôlée dans un système de co-culture par un modèle de tumeur sur puce bio-imprimé en 3D », apparaît dans Rapports scientifiques.

Traditionnellement, les médecins biopsiaient la tumeur d’un patient, extrayaient des cellules, puis les cultivaient dans des boîtes de Pétri plates en laboratoire. “Pendant 50 ans, c’est ainsi que les biologistes comprenaient les tumeurs”, a déclaré Nafiseh Moghimi, chercheuse postdoctorale en mathématiques appliquées et auteur principal de l’étude. “Mais il y a dix ans, des échecs répétés des traitements lors d’essais sur l’homme ont fait comprendre aux scientifiques qu’un modèle 2D ne capture pas la véritable structure de la tumeur à l’intérieur du corps.”

Les recherches de l’équipe abordent ce problème en créant un modèle 3D qui reflète non seulement la complexité d’une tumeur, mais simule également son environnement.

La recherche, qui s’est déroulée au laboratoire de médecine mathématique sous la supervision du professeur de mathématiques appliquées Mohammad Kohandel, a réuni les avancées de plusieurs disciplines. “Nous créons quelque chose de très, très nouveau au Canada. Peut-être que quelques laboratoires seulement font quelque chose qui se rapproche de cette recherche”, a déclaré Moghimi.

Tout d’abord, l’équipe a créé des « puces microfluidiques » en polymère : de minuscules structures gravées de canaux qui imitent le flux sanguin et d’autres fluides entourant la tumeur d’un patient.

Ensuite, l’équipe a cultivé plusieurs types de cellules cancéreuses et a suspendu ces cultures cellulaires dans leur propre bioink personnalisé : un cocktail de gélatine, d’alginate et d’autres nutriments conçus pour maintenir les cultures cellulaires en vie.

Enfin, ils ont utilisé une bio-imprimante par extrusion – un appareil qui ressemble à une imprimante 3D mais pour les matières organiques – pour superposer les différents types de cellules cancéreuses sur les puces microfluidiques préparées.

Le résultat est un modèle vivant et tridimensionnel de cancers complexes que les scientifiques peuvent ensuite utiliser pour tester différents modes de traitement, tels que divers médicaments de chimiothérapie.

Moghimi et son équipe s’intéressent particulièrement à la création de modèles complexes de cancer du sein. Après le cancer de la peau, le cancer du sein est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez la femme.

Le cancer du sein est particulièrement difficile à traiter car il apparaît comme des tumeurs complexes contenant plusieurs types de cellules lorsqu’elles métastasent. S’appuyer sur les cellules d’une ou deux biopsies pour représenter avec précision une tumeur entière peut conduire à des plans de traitement inefficaces et à de mauvais résultats.

Les modèles de tumeurs imprimés en 3D illustrent comment la nouvelle technologie permet des traitements plus rapides, moins coûteux et moins douloureux pour des maladies graves comme le cancer du sein à un stade avancé.