Malgré d'énormes progrès en matière de recherche, les méthodes de détection de nombreuses maladies restent lourdes et onéreuses, et ne révèlent souvent la maladie qu'à des stades avancés où les résultats des patients peuvent être sombres. Une telle maladie est le cancer du pancréas, qui peut ne pas montrer de symptômes évidents à ses débuts, mais peut se développer agressivement. En effet, selon l'American Cancer Society, 80 pour cent des personnes touchées par cette forme de cancer meurent dans l'année suivant le diagnostic.
Mais Tony Hu, chercheur au Biodesign Virginia G. Piper Centre pour le Diagnostic Personnalisé, ainsi que ses collègues, ont mis au point une méthode astucieuse pour identifier le cancer du pancréas dès le début de son développement. Leur technique repose sur la détection sensible des vésicules extracellulaires (VE) - minuscules bulles de matière émises par la plupart des cellules vivantes.
Un nouveau moyen pour le cancer du pancréas
Dans une nouvelle étude, le Dr Hu et ses collègues ont décrit une méthode pour détecter les VE dérivés de tumeurs qui portent une protéine de surface particulière qui fonctionne comme marqueur révélateur du cancer du pancréas. La capacité de détecter avec précision cette protéine, connue sous le nom d'EphA2 peut lui permettre de servir comme un indicateur qui pourrait diagnostiquer même les premiers stades du cancer du pancréas.
«Le cancer du pancréas est un type de cancer dont nous avons désespérément besoin d'un biomarqueur sanguin précoce», dit Hu.
Actuellement, la seule cure pour le cancer du pancréas reste l'ablation chirurgicale du tissu malade, mais dans de nombreux cas, ce n'est pas possible en raison du degré de propagation du cancer au moment du diagnostic.
"D'autres technologies ont été utilisées pour la détection, mais cela ne fonctionne pas très bien en raison de la nature de ce cancer. Il est très difficile de capturer un signal de diagnostic précoce lorsqu'il n'y a pas de symptômes. Ce n'est pas comme le cancer du sein, où vous pouvez ressentir de la douleur et vous pouvez facilement vérifier une croissance anormale."
Cette recherche démontre maintenant qu'une plate-forme qui utilise l'interaction entre deux nanoparticules différentes pour détecter des VE associées à une tumeur peut discriminer vivement entre les échantillons de sang de patients souffrant de cancer de pancréas, de pancréatite - une maladie qui peut partager des symptômes avec le cancer du pancréas - et des sujets sains. En outre, cette technique peut finalement être utile pour la détection rapide et sensible d'une gamme de maladies, sur la base de leurs signatures VE uniques.
Les vésicules extracellulaires
Les VE sont libérés par les cellules eucaryotes (y compris les cellules humaines) et les cellules procaryotes (comme les cellules bactériennes, qui n'ont pas de noyau ou d'autres composants liés à la membrane). Les véhicules électriques ressemblent à des versions miniatures des cellules qui les produisent, bien qu'ils manquent de la plupart des machines complexes de la cellule.
Il existe une variété de types VE, qui se développent à partir de leurs cellules parentales de différentes façons. La présente étude examine une classe de VE connus sous le nom d'exosomes, qui varient en taille de 50-150 nm. Les exosomes sont dérivés de compartiments liés à la membrane à l'intérieur de la cellule (appelés endosomes) qui finissent par fusionner avec la membrane externe de la cellule pour libérer les exosomes dans l'espace extracellulaire.
Une fois considérés comme de simples débris des activités métaboliques de la cellule, les VE sont maintenant reconnus comme des composantes vitales avec des responsabilités lointaines qui commencent seulement à apparaître. Les VE forment un réseau de communication subtil et sophistiqué opérant entre les cellules et sont très conservés à travers les espèces, ce qui suggère leur rôle essentiel dans les processus de vie. Parmi leurs activités se trouvent le transfert d'acides nucléiques, de protéines et de lipides qui peuvent déclencher des changements physiologiques et pathologiques, à la fois dans les cellules parentales et cibles. Les VE jouent également un rôle crucial dans les réponses immunitaires innées et adaptées.
Emblèmes de santé et de maladie
La recherche a montré que le taux des vésicules extracellulaires circulants est significativement élevé dans un certain nombre de maladies. Les vésicules extracellulaires semblent jouer un rôle important dans le développement et la progression de certains cancers, y compris le cancer du pancréas. Une fonction apparente des vésicules extracellulaires dérivés de tumeurs, une fois qu'ils sortent de leur cellule parentale, est de migrer vers d'autres tissus et de modifier leur environnement pour créer un environnement (niche) favorable à l'invasion et à la croissance tumorales (métastases). Comme les pionniers sur un nouveau continent, les vésicules extracellulaires peuvent ainsi ouvrir la voie pour les cellules cancéreuses à suivre dans leur sillage.
Il existe également des preuves que les exosomes dérivés de tumeurs peuvent aider les cellules tumorales à développer une résistance aux médicaments en exportant des médicaments anti-tumoraux ou en neutralisant les médicaments à base d'anticorps.
Utilité du nouveau biomarqueur
Les vésicules extracellulaires peuvent servir comme un moyen utile d'évaluer le fardeau du cancer et la réponse au traitement, puisque les niveaux des vésicules extracellulaires de tumeur dans les échantillons de sang du patient devrait augmenter avec la masse tumorale et diminuer sur réponse favorable aux thérapies du cancer, et offrent donc un moyen rapide, économique et non chirurgical d'examiner les changements dans l'état de la maladie d'un patient.
L'identification des protéines VE associées aux tumeurs, telles que EphA2, et la meilleure compréhension du rôle des VE dans le développement de la tumeur et la métastase peuvent ainsi ouvrir un nouveau chapitre dans le diagnostic du cancer et la surveillance du traitement. Étant donné que les cas de cancer du pancréas sont souvent caractérisés par des taux élevés de résistance thérapeutique, une surveillance améliorée du traitement est nécessaire de façon urgente afin que les traitements personnalisés puissent être rapidement modifiés pour améliorer les résultats individuels des patients. De plus, une meilleure compréhension des facteurs spécifiques qui contrôlent les actions des VE pour favoriser le développement du cancer et les métastases peut conduire à la découverte de nouvelles cibles mécanistiques pour les traitements anticancéreux qui permettent des traitements thérapeutiques personnalisés.
Un signal brillant
Des techniques peu efficaces
Les VE légers ont été isolés à partir d'une large variété de types de cellules et de liquides biologiques (salive, urine, sang, lait maternel et fluides séminals, amniotiques et nasaux et de lavage bronchique), ce qui les rend très attrayants pour le développement de biomarqueurs dans diverses conditions. Cependant, le principal défi a été de séparer les VE liés à la maladie de la diversité des autres VE circulant dans les liquides corporels. Les chercheurs manquent de méthodes simples pour l'analyse des VE, qui nécessite généralement des procédures d'isolement et de purification qui ne sont pas appropriées pour un contexte clinique. De plus, les biomarqueurs capables de distinguer avec précision les VE dérivés de tumeurs ont jusqu'à présent manqué.
La nouvelle procédure
Pour remédier à ces défauts, la nouvelle méthode repose sur une technique rapide, à base de nanoparticules, qui permet d'identifier rapidement des VE tumoraux avec une préparation minimale.
Pour faire cela, de petits échantillons de sang (environ 1 microlitre, moins de volume que ceux trouvés dans une seule goutte d'eau), sont dilués et appliqués sur une puce de capteur revêtue d'anticorps dirigés contre une protéine membranaire des VE.
La méthode repose sur des sondes de nanoparticules de forme différente qui réfractent la lumière à différentes longueurs d'onde, une sphérique (verte) et une en forme de tige, (rouge).
Une sonde identifie une protéine de surface liée au cancer du pancréas, connue sous le nom d'ephA2, et l'autre identifie une protéine de surface VE commune. Seuls les VE dérivés du cancer du pancréas expriment les deux protéines et lient ainsi les deux nanoparticules pour émettre un signal jaune brillant qui permet de détecter facilement ces VE liés à la maladie à des fins diagnostiques. Cette méthode peut également utilement suivre le succès du traitement anti-cancer en mesurant l'abondance des VE tumorales dérivées au cours de la thérapie.
Dans une série d'expériences menées par le Dr Hu et ses collègues, cette méthode a permis de distinguer les échantillons sanguins du cancer du pancréas à haute sensibilité, y compris ceux atteints d'une maladie de stade précoce, de patients atteints de pancréatite et d'individus sains. En outre, cette méthode a détecté des altérations des niveaux sanguins d'EphA2-VE dans des échantillons de sang avant et après la thérapie correspondant aux réponses de la tumeur au traitement, démontrant la puissance de la technique pour surveiller l'efficacité du traitement.
Bien que l'étude actuelle examine des échantillons en utilisant la microscopie optique, les chercheurs prévoient un système entièrement automatisé capable d'effectuer de tels essais dans la clinique à faible coût et à haut débit. Dr. Hu indique qu'il y a un intérêt enthousiaste pour la traduction clinique de cette nouvelle technologie de diagnostic, bien qu'il note que 2-3 ans sera probablement nécessaire pour l'approbation de la FDA.
Une frontière vésiculaire prometteuse
Cette approche est prometteuse pour la détection d'un large éventail de maladies où les VE peuvent être appliqués en tant que biomarqueurs, car il devrait être possible de le personnaliser en remplaçant simplement une ou les deux sondes de nanoparticules par des sondes spécifiques de VE pour la maladie à laquelle on s'intéresse.
Hu et ses collègues ont déjà démontré, bien que dans une étude avec un petit nombre d'échantillons, la validité de cette méthode pour détecter les cas de tuberculose active. Dans cette étude, les vésicules extracellulaires dérivés de bacilles de tuberculose ont été abondamment détectés dans les échantillons d'urine du patient. Ces résultats encourageants ouvrent la porte à des tests simples et non invasifs. Ceci est particulièrement important pour les patients qui ne peuvent pas produire des échantillons de crachats pour les tests standard de TB et peuvent donc être obligés de subir une ou plusieurs procédures invasives pour obtenir un échantillon qui peut être utilisé pour le diagnostic.
Les vésicules extracellulaires sont également à l'étude pour d'autres applications spécifiques de la maladie , et le rythme de ces enquêtes continue de s'accélérer. Certains chercheurs explorent même la capacité des véhicules électriques à servir directement de médicaments ou d'agents thérapeutiques. Ainsi, les applications médicales potentielles pour les VE, une fois méconnues comme débris cellulaires, semblent être très prometteuses.