La fusion de la biologie et des sciences physiques permet une meilleure compréhension du cancer – ScienceDaily

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Une compréhension évolutive du cancer qui incorpore les propriétés physiques des tumeurs et de leurs tissus environnants dans des modèles biologiques et génétiques existants peut orienter les chercheurs sur le cancer vers des voies jusque-là inexplorées, menant potentiellement à de nouveaux médicaments et de nouvelles stratégies de traitement, affirment les chercheurs du Massachusetts General Hospital (MGH). , La Harvard Medical School (HMS) et le Ludwig Center du HMS.

«Nous pensons que les progrès de la recherche sur le cancer reposent sur une collaboration étroite entre les biologistes du cancer, les oncologues, les physiciens et les ingénieurs. Une compréhension globale des caractéristiques physiques du cancer nécessite une perspective rigoureuse et large couvrant les sciences physiques et biologiques», déclare Rakesh K. Jain, PhD, chercheur dans les laboratoires Edwin L. Steele du département de radio-oncologie de l’HGM et du HMS.

Dans une revue publiée dans la revue Science, Hadi T. Nia, PhD, et Lance L. Munn, PhD, collègues des Laboratoires Jain et Steele, décrivent quatre caractéristiques physiques distinctes du cancer qui affectent à la fois les cellules cancéreuses et le microenvironnement tumoral, contribuant à la fois à la croissance tumorale et au développement de la résistance aux puissants médicaments anticancéreux.

Un modèle de cancer largement accepté soutient qu’une cellule normale devient voyou en raison de mutations génétiques ou d’une insulte environnementale. Dans ce modèle, la cellule modifiée commence à se répliquer de manière incontrôlable et prend le contrôle des tissus normaux, affichant huit caractéristiques qui incluent la capacité de promouvoir et de maintenir la croissance des tumeurs, d’échapper aux tentatives du système immunitaire de supprimer la croissance, de stimuler le flux sanguin vers les tumeurs et d’envahir les deux. tissus locaux et métastases (propagation) ailleurs dans le corps.

Mais ce modèle ne tient pas compte de la façon dont les processus physiques affectent la progression et le traitement de la tumeur, affirment les auteurs. En plus des huit caractéristiques biologiques du cancer susmentionnées proposées par Robert Weinberg, PhD, du MIT, et Douglas Hanahan, PhD, de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, Jain et ses collègues proposent d’ajouter quatre caractéristiques physiques distinctes qui capturent les anomalies biomécaniques dans les tumeurs: stress solide élevé; pression de fluide interstitielle élevée; augmentation de la rigidité et modification des propriétés du matériau; et une micro-architecture tissulaire modifiée.

Trois décennies de recherche dans les laboratoires Steele ont conduit à la découverte et à la traduction clinique des deux premières caractéristiques. “Des contraintes solides sont créées lorsque les cellules proliférantes et en migration poussent et étirent les composants solides des tissus environnants. Elles sont suffisamment grandes pour comprimer les vaisseaux sanguins et lymphatiques dans et autour des tumeurs, altérant la circulation sanguine et l’apport d’oxygène, de médicaments et de cellules immunitaires.” Dit Jain.

Une pression élevée du liquide interstitiel est causée par des vaisseaux sanguins anormalement perméables dans les tumeurs qui fuient du plasma sanguin dans les tissus entourant la tumeur, et par un drainage insuffisant du liquide lymphatique. Le liquide interstitiel est porteur de divers facteurs de croissance, provoquant un œdème (gonflement), l’élution (libération) de médicaments et de facteurs de croissance, et facilitant l’invasion cancéreuse des tissus locaux et distants.

L’augmentation de la rigidité est causée par le dépôt de matrice cellulaire (échafaudage) et le remodelage des tissus. Cette raideur a traditionnellement été utilisée comme marqueur diagnostique de la croissance tumorale et, plus récemment, elle est devenue un marqueur de pronostic. L’augmentation de la rigidité active les voies de signalisation qui favorisent la prolifération, le caractère invasif et les métastases des cellules cancéreuses, explique Jain.

«Enfin, lorsque l’architecture tissulaire normale est perturbée par la croissance et l’invasion du cancer, la micro-architecture est modifiée», dit-il. “Les cellules stromales (de soutien), les cellules cancéreuses et la matrice extracellulaire adoptent une nouvelle organisation. Cela modifie les interactions entre une cellule individuelle et sa matrice et ses cellules environnantes, ce qui affecte les voies de signalisation associées à l’invasion et aux métastases.”

Jain dit qu’avec l’article de synthèse dans Science, lui et ses collègues espèrent combler le fossé entre les sciences physiques et biologiques “en explorant les origines biologiques et les répercussions des caractéristiques physiques du cancer du point de vue des biologistes et oncologues du cancer – qui travailler pour comprendre et surmonter les anomalies physiques au banc et à la clinique – et du point de vue des physiciens et des ingénieurs qui développent de nouveaux modèles et stratégies pour la recherche, le diagnostic et le traitement. “

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