La technologie de compression cellulaire offre une nouvelle évaluation du risque de cancer du sein

Chercheurs à la Cité de l’Espoir^®une organisation de recherche et de traitement du cancer, et l’Université de Californie à Berkeley, ont créé une nouvelle plateforme microfluidique capable d’évaluer le risque de cancer du sein chez les femmes au niveau cellulaire.

La première plateforme en son genre comprime les cellules épithéliales individuelles du sein, créant un environnement éprouvant pour mesurer la façon dont elles se déforment, se rétablissent et se comportent sous l’effet du stress, selon une nouvelle étude publiée aujourd’hui dans le Lancet’s eBioMédecine.

Étant donné que plus de 90 % des femmes n’ont pas de prédisposition génétique connue au cancer du sein ou n’ont pas d’antécédents familiaux de cancer du sein, cette approche innovante pourrait combler une lacune critique dans l’évaluation des risques et sauver d’innombrables vies.

« Pour les femmes présentant un facteur de risque génétique connu de cancer du sein, il y a des choses que vous pouvez faire, comme suivre un protocole de dépistage à risque plus élevé. Pour tout le monde, vous vous demandez : ‘Suis-je à haut risque ?’ », a déclaré Mark LaBarge, Ph.D., professeur au Département des sciences de la population de City of Hope. « En traduisant les changements physiques dans les cellules en données quantifiables, cet outil donne aux femmes quelque chose de tangible à discuter avec leurs médecins – pas seulement des estimations de risques, mais des preuves tirées directement de leurs propres cellules. »

Les chercheurs des deux institutions ont développé un algorithme d’apprentissage automatique qui identifie et mesure les cellules présentant des signes de vieillissement accéléré, quantifiant ainsi un score de risque individuel de cancer du sein. Il est important de noter que la plateforme d’IA utilise une électronique simple qui serait facile et abordable à reproduire à grande échelle.

« Notre équipe n’est pas la première à mesurer les propriétés mécaniques des cellules ; cependant, d’autres approches nécessitent une technologie d’imagerie avancée qui est coûteuse, encombrante et dont la disponibilité est limitée », a déclaré Lydia Sohn, Ph.D., titulaire de la chaire Almy C. Maynard et Agnes Offield Maynard en génie mécanique à l’UC Berkeley. « En revanche, MechanoAge utilise des puces informatiques plus simples qu’une Apple Watch et des « pièces Radio Shack » bon marché et faciles à assembler, ce qui rend potentiellement l’appareil hautement évolutif. »

Environ 6 % des femmes qui développent un cancer du sein sont porteuses de mutations génétiques connues. Pour les femmes extérieures à ce groupe, le risque est estimé indirectement sur la base de modèles de population ou de mesures telles que la densité mammaire. Ces approches peuvent à la fois surestimer et sous-estimer le risque individuel de cancer du sein des femmes, conduisant à un dépistage excessif ou insuffisant, à des inquiétudes inutiles ou à des signes avant-coureurs manqués.

À l’heure actuelle, il n’existe aucun test non génétique permettant d’identifier les femmes présentant un risque plus élevé de cancer du sein. L’inconvénient des mammographies de dépistage est qu’elles ne permettent de détecter le cancer qu’une fois qu’il a commencé à se développer. Avec la plateforme MechanoAge, les chercheurs ont déplacé la perspective scientifique vers le niveau cellulaire, calculant le risque en recherchant les changements physiques dans les cellules individuelles.

Grâce à cette plateforme innovante, les chercheurs ont découvert une découverte inattendue : les cellules mammaires semblent avoir un « âge mécanique » distinct de l’âge chronologique d’une personne, démontré par la façon dont les cellules réagissent physiquement au stress. Alors que les ingénieurs étudient le vieillissement de matériaux tels que les métaux, le béton et les polymères, c’est la première fois que l’âge mécanique est quantifié dans les cellules biologiques. Cette découverte scientifique fondamentale n’aurait pas été possible sans MechanoAge.

« Nous avons appris que plus l’âge mécanique est élevé, déterminé par la façon dont les cellules réagissent lorsqu’elles sont pressées à travers notre dispositif microfluidique, plus le risque de cancer du sein est élevé », a déclaré le Dr Sohn.

Dans ce type de détection mécano-nœud-pore, un courant électrique est mesuré à travers un canal rempli de liquide, un peu comme la façon dont le courant est mesuré à travers un fil. Lorsque les cellules passent, elles perturbent le courant, générant ainsi des mesures sur la taille et la forme des cellules. En rendant certaines parties du canal très étroites, les chercheurs pressent les cellules, puis mesurent le temps qu’il faut à chaque cellule pour retrouver sa forme normale.

Des algorithmes d’apprentissage automatique développés par les chercheurs ont ensuite été utilisés pour détecter les différences entre les cellules des femmes plus âgées et celles des femmes plus jeunes. Les chercheurs ont découvert que les propriétés physiques des cellules mammaires changeaient avec l’âge ; les cellules des femmes plus âgées étaient plus rigides et mettaient plus de temps à rebondir après avoir été pressées.

Puis vint une découverte surprenante : un sous-ensemble de femmes plus jeunes possédaient des cellules qui se comportaient comme si elles provenaient de femmes plus âgées. Ces cellules provenaient de femmes présentant des mutations génétiques les exposant à un risque élevé de cancer du sein.

Les chercheurs ont ensuite affiné l’algorithme pour attribuer un score de risque basé sur toutes les propriétés mécaniques et physiques mesurées dans les cellules. Cet algorithme a réussi à identifier les femmes présentant des risques génétiques connus. Ensuite, l’équipe l’a utilisé pour comparer des cellules provenant de femmes en bonne santé, de femmes ayant des antécédents familiaux de cancer du sein et des cellules prélevées sur le sein sain de femmes atteintes d’un cancer du sein dans l’autre sein.

« Avec précision, nous avons pu déterminer quelles femmes présentaient un risque élevé de cancer du sein et lesquelles ne semblaient pas l’être », a déclaré le Dr LaBarge.

Ce travail est le fruit de plus de 12 années de collaboration entre les deux laboratoires, combinant l’innovation en ingénierie avec la biologie du cancer et du vieillissement. Le partenariat à long terme a permis des découvertes qu’aucun des deux groupes n’aurait pu réaliser seul.

« C’est une véritable collaboration. Nous avons beaucoup appris les uns des autres », a déclaré le Dr Sohn.

« À mon avis, c’est ce qui se produit lorsqu’il existe une véritable collaboration qui se développe sur une longue période », a ajouté LaBarge. « Ce résultat n’est pas celui que nous avions imaginé au départ. »