Jan. 20, 2023-Les scientifiques ont fait de grands progrès dans la lutte contre le cancer. Le risque de mourir d’un cancer aux États-Unis tombé par 27% au cours des 2 dernières décennies, grâce en grande partie aux chercheurs qui continuent de découvrir les détails complexes du fonctionnement du cancer et de faire des progrès dans le traitement.
Maintenant, la technologie émergente de la bio – impression 3D – comme l’impression 3D pour le corps humain, en utilisant des cellules humaines réelles-promet d’accélérer cette recherche, en permettant aux scientifiques de développer des modèles de tumeurs 3D qui représentent mieux les échantillons des patients.
L’impact pourrait être « énorme », déclare Y. Shrike Zhang, PhD, professeur adjoint de médecine à la Harvard Medical School et bioingénieur associé au Brigham and Women’s Hospital, qui étudie la bio-impression 3D. “Ce n’est pas la seule technologie qui peut permettre de modéliser des tumeurs in vitro, mais c’est certainement l’une des plus performantes.”
Pourquoi est-ce important? Parce les cultures cellulaires 2D que les scientifiques utilisent souvent maintenant peut ne pas saisir toutes les complexités de la croissance, de la propagation et de la réponse du cancer au traitement. C’est l’une des raisons pour lesquelles si peu de nouveaux médicaments anticancéreux potentiels – 3,4%, selon une estimation – peut passer tous les essais cliniques. Les résultats ne peuvent pas être reportés du plat de culture au patient.
Un modèle bio-imprimé en 3D, d’autre part, peut être meilleur pour copier la tumeur “microenvironnement« – toutes les parties (cellules, molécules, vaisseaux sanguins) qui entourent une tumeur.
“Le microenvironnement tumoral joue un rôle essentiel dans la définition de la progression du cancer”, explique Madhuri Dey, candidat au doctorat et chercheur à la Penn State University. “Les modèles 3D in vitro sont une tentative de reconstitution d’un microenvironnement [cancéreux], qui met en lumière la façon dont les tumeurs réagissent aux traitements de chimiothérapie ou d’immunothérapie lorsqu’elles sont présentes dans un microenvironnement de type natif.”
Dey est l’auteur principal d’un étude (financé par la National Science Foundation) dans lequel les tumeurs du cancer du sein ont été bio-imprimées en 3D et traitées avec succès. Contrairement à certains modèles 3D précédents de cellules cancéreuses, ce modèle a mieux imité ce microenvironnement, explique Dey.
Jusqu’à présent, “la bio-impression 3D de modèles de cancer s’est limitée à la bio-impression de cellules cancéreuses individuelles chargées dans des hydrogels”, dit-elle. Mais elle et ses collègues ont mis au point une technique (appelée bio-impression assistée par aspiration) qui leur permet de contrôler l’emplacement des vaisseaux sanguins par rapport à la tumeur. “Ce modèle jette les bases de l’étude de ces nuances du cancer”, explique Dey.
” C’est un travail assez cool », dit Zhang à propos de l’étude de Penn State (à laquelle il n’était pas impliqué). « La vascularisation est toujours un élément clé dans la majorité des types de tumeurs.” Un modèle qui incorpore des vaisseaux sanguins fournit une « niche critique » pour aider les modèles tumoraux à atteindre leur plein potentiel dans la recherche sur le cancer.
Une Imprimante 3D pour Votre Corps
Il y a de fortes chances que vous ayez entendu parler de l’impression 3D et que vous possédiez (ou connaissiez quelqu’un qui possède) une imprimante 3D. Le concept est comme l’impression régulière, mais au lieu de cracher de l’encre sur du papier, une imprimante 3D libère des couches de plastique ou d’autres matériaux, des centaines ou des milliers de fois, pour construire un objet à partir du sol.
En trois dimensions bio-impression fonctionne à peu près de la même manière, sauf que ces couches sont constituées de cellules vivantes pour créer des structures biologiques comme la peau, les vaisseaux, les organes ou les os.
La bio-impression existe depuis longtemps depuis 1988. Jusqu’à présent, il est principalement utilisé dans des contextes de recherche, tels que sur le terrain de médecine régénérative. Des recherches sont en cours pour reconstruction de l’oreille, régénération nerveuse et régénération de la peau. La technologie a également été récemment utilisée pour créer tissu oculaire pour aider les chercheurs à étudier les maladies oculaires.
Le potentiel d’utilisation de la technologie dans la recherche sur le cancer n’a pas encore été pleinement réalisé, dit Dey. Mais cela peut soyez en train de changer.
“L’utilisation de modèles de tumeurs bioimprimés en 3D se rapproche des traductions dans la recherche sur le cancer”, explique Zhang. « Ils sont de plus en plus adoptés par le domaine de la recherche, et [la technologie] a commencé à être explorée par l’industrie pharmaceutique pour une utilisation dans le développement de médicaments anticancéreux.”
Parce que la bio-impression peut être automatisée, elle pourrait permettre aux chercheurs de créer des modèles de tumeurs complexes de haute qualité à grande échelle, a déclaré Zhang.
De tels modèles 3D ont également le potentiel de remplacer ou de réduire l’utilisation d’animaux dans les tests de médicaments tumoraux, note Dey. Ils » devraient fournir une réponse médicamenteuse plus précise par rapport aux modèles animaux, car la physiologie animale ne correspond pas à celle des humains.”
Le Loi sur la modernisation de la FDA 2.0, une nouvelle loi américaine éliminant l’exigence selon laquelle les médicaments doivent être testés chez les animaux avant les humains, a “ouvert la voie à de telles technologies dans le pipeline de développement de médicaments”, a déclaré Zhang.
Et si Nous Pouvions Construire un Modèle de Tumeur Personnalisé pour Chaque Patient?
Les utilisations possibles de la bio-impression vont au-delà du laboratoire, dit Dey. Imaginez si nous pouvions personnaliser des modèles de tumeurs 3D basés sur des biopsies de patients individuels. Les médecins pourraient tester de nombreux traitements sur ces modèles spécifiques au patient, leur permettant de prédire plus précisément comment chaque patient réagirait aux différentes thérapies. Cela aiderait les médecins à décider quel traitement est le meilleur.
Dans l’étude de Dey, le modèle 3D a été traité avec une chimiothérapie et une immunothérapie, et il a répondu aux deux. Cela met en évidence le potentiel de tels modèles 3D pour révéler la réponse immunitaire du corps et être utilisés pour dépister les thérapies, dit Dey.
“Nous espérons qu’à l’avenir, cette technique pourra être adaptée à l’hôpital, ce qui accélérerait le traitement du cancer”, explique Dey.
À cette fin, elle et ses collègues travaillent maintenant avec de vraies tumeurs du cancer du sein prélevées sur des patientes, les recréant en laboratoire en 3D pour les utiliser pour le dépistage par chimio et immunothérapie.