C. La mutation de PALB2, gène suppresseur de tumeurs, dans le cancer du sein et
4. La modélisation de tumeurs in vitro pour les essais thérapeutiques
4.2. Avantages de l’utilisation des sphéroïdes en thérapie contre le cancer
La recherche thérapeutique s’est longtemps basée sur l’utilisation des cellules cultivées en monocouche pour la découverte de traitements de plusieurs maladies.132 Ces modèles 2D représentaient l’option la plus rapide, la plus maitrisée en laboratoire avec un coût réduit pour l’étude de candidats thérapeutiques dans un contexte cellulaire. En effet, malgré les différences que comportent ces cellules comparativement aux cellules tumorales, elles ont permis la prédiction de l’efficacité de plusieurs molécules thérapeutiques validées par la suite dans des modèles animaux. Cependant, cet éloignement du contexte tumoral présent iv-vivo qui participe en grande partie à la réponse à un traitement, rend souvent les résultats obtenus 2D très peu reproductibles.133–135
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Le développement des modèles 3D pour les essais thérapeutiques a permis de combler un grand vide entre les tests précliniques des drogues et leur application en clinique. 136 D’autre part, ces modèles répondent à plusieurs limites rencontrées dans les modèles 2D, telle que l’incapacité de prédire la toxicité et la résistance à un traitement, mais aussi à la différence d’espèce que représente l’utilisation des modèles animaux dans les essais précliniques.137
Il existe plusieurs éléments qui influencent le phénotype cellulaire et la réponse à un traitement dans une tumeur et qui ne sont pas pris en considération lors de l’utilisation des modèles 2D.138, 139 Alors qu’en contrepartie ces éléments sont bien reproduits et pris en considération dans les modèles 3D de sphéroïdes.
L’importance de chaque facteur est expliquée avec des exemples ci-dessous :
• L’importance de la présence de la MEC dans les modèles utilisés pour la recherche thérapeutique
En plus de leur contact inter-cellulaire, les cellules tumorales sont en contact avec les éléments de la matrice extracellulaire. Les chercheurs ont longtemps assigné un rôle de support et de maintien à cette dernière, mais les recherches ont permis de prouver la participation de ses éléments dans la réponse cellulaire spécifique au type de tissu.140 En effet, il a été prouvé que les différentes protéines structurales, les facteurs de croissances, enzymes protéolytiques ou encore les inhibiteurs de protéases retrouvés dans cette matrice participent à plusieurs réponses cellulaires telles que la prolifération et la migration, la différentiation, la survie mais aussi dans la régulation des voies de signalisation impliquées dans les processus physiologiques ou encore lors du développement de maladies ou d’un cancer.141,142 Ce qui explique son implication dans la réponse à un traitement, que ce soit en augmentant son efficacité ou à l’opposé dans l’altération de son mécanisme d’action ou en favorisant la résistance.141,143 Il est bien connu que les cellules attachées à la MEC à par des réseaux d’intégrines sont considérées comme les plus résistantes aux chimio/radio ou autres thérapies ciblées, comparées aux cellules dépourvues de ce contact.144 En fait, il existe plusieurs mécanismes qui expliquent l’influence que possède la matrice extra-cellulaire sur la réponse cellulaire à une drogue.143
La composition de cette dernière qui peut varier d’un tissu à un autre peut influencer la réponse à une drogue en limitant sa disponibilité après son administration ce qui peut induire une variation dans la réponse cellulaire. La MEC est aussi impliquée dans la régulation des voies de signalisation et peut conséquemment influencer les niveaux d’expression des cibles thérapeutiques. Cette dernière peut aussi réguler à la hausse des mécanismes de défense de la cellule comme la réparation de l’ADN ce
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qui peut avoir un grand impact sur la réponse à une thérapie.143,145,146 Plusieurs études ont aussi démontré l’implication des éléments de la MEC comme les facteurs de croissances séquestrés dans cette dernière, les cytokines, les métalloprotéinase MMPs et leurs inhibiteurs TIMPs dans la modulation de la réponse aux drogues.147–149 C’est pour ces raisons que plusieurs recherches se focalisent maintenant sur l’inhibition de l’interaction des cellules tumorales avec la MEC afin d’optimiser la réponse à un traitement, ou encore faisant de cette inhibition la première cible d’un traitement. Ainsi, les modèles 3D tels que les sphéroïdes contenant une MEC représentent une bonne plateforme pour le criblage de drogues et permettent de mieux prédire la réponse à un traitement.98, 99
• Importance de la reproduction de la diffusion par gradient
Le processus de diffusion par gradient de l’oxygène, des nutriments et métabolites dans un tissu in
vivo dépend de deux facteurs. Le premier étant la distance des cellules par rapport aux vaisseaux
sanguins, et le deuxième est la diffusion différentielle de ces éléments à travers la MEC. En effet, les tumeurs ne peuvent pas dépasser 1-2 mm de diamètre à moins d’être vascularisées. Cette taille représente la distance maximale par laquelle l’oxygène et les nutriments peuvent diffuser sans apport sanguin.150 Ce gradient a un impact sur plusieurs processus cellulaires incluant la signalisation, la motilité des cellules et la migration. Comme expliqué plus haut, ce gradient donne naissance à différentes populations de cellules dans les tumeurs in vivo. Celles-ci peuvent être des cellules prolifératives qui se trouvent à la surface, suivies par des cellules quiescentes et hypoxiques dans le corps de la tumeur. 151–153Les modèles de sphéroïdes qui possèdent une MEC recréent cette diffusion par gradient et récapitulent la résistance des cellules en zone quiescente et hypoxique aux traitements chimio/radio-thérapeutiques conventionnelles ainsi qu’à l’immunothérapie.152,153 En effet, l’hypoxie est considérée comme un des traits qui définit le degré d’agressivité d’une tumeur et c’est pour cela que la recherche en immunothérapie cible maintenant les voies de l’hypoxie dans les cancers.152,154
• L’implication des cellules stromales du tissu conjonctif dans la réponse tumorale à
un traitement
Les tumeurs ne sont pas entourées que des éléments de la MEC mais aussi d’un tissu conjonctif tumoral majoritairement constitué de fibroblastes tumoraux ainsi que des cellules immunitaires et endothéliales. Ces cellules stromales participent grandement à l’invasion et l’agressivité de la tumeur et sont associées à un risque élevé de rechute et une espérance de vie très réduite. Les fibroblastes
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associés aux carcinomes FACs sont activés par les cellules malignes pour la production de cytokines, d’hormones et de facteurs de croissance qui permettent de déclencher des cascades de signalisation qui favorisent l’invasion et la survie des cellules.155–157 Par exemple, les voies mitogènes (MAPK, IP3, PI3K) sont entre autres activées par la production de la chimiokine CXCL12 par les FACs, qui se lient à des récepteurs CXCR4 et qui sont régulés à la hausse dans certaines tumeurs telle que le cancer du sein triple négatif TNBC promouvant ainsi l’invasion.158Ce tissu conjonctif n’est malheureusement pas pris en considération lors des tests de thérapies in vitro dans des cellules cultivées en monocouche. Contrairement aux modèles 2D, le modèle 3D multicellulaire de sphéroïdes permet de co-cultiver des cellules stromales avec des cellules tumorales pour étudier ces résistances et potentiellement identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour répondre aux résistances générées par l’action des cellules stromales.159