La jeune pousse Toulousaine SmartCatch dรฉveloppe des micro-dispositifs de capture (S-MDC) exploitant les propriรฉtรฉs physiques particuliรจres des cellules tumorales circulantes (CTCs) pour leur isolement ร partir dโรฉchantillons de sang complet. Le principe de capture repose sur la microfiltration permettant de retenir les CTCs sur une membrane filtrante. Les cellules sanguines de taille infรฉrieure et plus dรฉformables traversent la membrane filtrante des S-MDCs. Ces dispositifs sont au cลur des travaux de recherche et dรฉveloppement prรฉsentรฉs dans le cadre de ce projet de thรจse.
Dans un premier temps, les dispositifs ont รฉtรฉ dรฉveloppรฉs dans lโenvironnement acadรฉmique du LAAS-CNRS. Un procรฉdรฉ de microfabrication a รฉtรฉ mis au point au sein de la plateforme de micro et nanotechnologies. Ce procรฉdรฉ permet dโobtenir des dispositifs mรฉtalliques robustes ร la rรฉsolution micromรฉtrique. Plusieurs centaines de dispositifs sont conรงus par lot de fabrication. La mise au point de ce procรฉdรฉ est favorable au transfert industriel pour une production parallรฉlisรฉe et ร faible coรปt. Par ailleurs, une preuve de concept et des premiers rรฉsultats encourageants de capture de cellules de lignรฉes tumorales en suspension dans un milieu simple puis dans du sang complet a motivรฉ le transfert technologique vers un dรฉveloppement industriel de ces dispositifs afin de les rendre accessibles pour une utilisation en routine clinique.
Le principe de fonctionnement de ces dispositifs repose sur la capture de cellules dans des conditions proches de celles de lโenvironnement physiologique afin de les prรฉserver dans les meilleures conditions pour les analyses post capture. Un autre paramรจtre dรฉterminant est lโanalyse de volumes sanguins รฉlevรฉs afin de pouvoir extraire un nombre important de CTCs. Ceci est nรฉcessaire pour obtenir un รฉchantillon reprรฉsentatif de la population de CTCs ainsi que du matรฉriel biologique en quantitรฉ suffisante pour les รฉtapes dโanalyse biologiques effectuรฉes ร lโissue du processus de capture.
Lโisolement de CTCs pour la biopsie liquideย
Le concept de biopsie liquide
Un biomarqueur est une caractรฉristique biologique qui peut รชtre mesurรฉe avec prรฉcision chez un individu. Il est utilisรฉ en mรฉdecine comme indicateur pour le suivi dโun processus physiologique normal ou pathologique, ou รฉgalement pour le suivi de la rรฉponse ร un traitement thรฉrapeutique. La recherche dans le domaine des biomarqueurs liรฉs aux cancers รฉvolue rapidement. Aujourdโhui, certains biomarqueurs du cancer sont dรฉjร utilisรฉs en milieu hospitalier pour le diagnostic de certains cancers. Cโest le cas par exemple de lโantigรจne spรฉcifique de la prostate (Prostate Specific Antigen, PSA) dont un taux anormalement รฉlevรฉ dans le sang peut รชtre un potentiel indicateur de cancer. Afin dโaccรฉder aux biomarqueurs choisis pour leur analyse, il est possible dโeffectuer un prรฉlรจvement tissulaire ร partir de lโorgane dโintรฉrรชt. Ce geste mรฉdical est appelรฉ biopsie. Lโintervention est adaptรฉe en fonction de lโaccessibilitรฉ de la zone ciblรฉe et peut รชtre rรฉalisรฉe sur diffรฉrents types dโorganes au moyen dโune aiguille, par endoscopie ou chirurgie classique. Lโanalyse de ces prรฉlรจvements nโest pas toujours reprรฉsentative de lโรฉtat pathologique du patient car elle est le reflet dโun instantanรฉ, dans lโespace et le temps, de lโhรฉtรฉrogรฉnรฉitรฉ de la masse tumorale. Des biopsies rรฉpรฉtรฉes rรฉguliรจrement sur le patient seraient requises afin dโapporter les informations nรฉcessaires ร lโรฉvaluation et au suivi de lโรฉvolution de la maladie. Cependant cette procรฉdure mรฉdicale prรฉsente un certain degrรฉ de risques et complications incluant de la douleur au niveau du site de prรฉlรจvement, un risque dโendommagement des tissus environnants et dโinfection. En pratique les biopsiessont limitรฉes pour รฉviter les risques et certains sites de prรฉlรจvements restent inaccessibles. Depuis quelques dรฉcennies et les rรฉcentes avancรฉes technologiques, les recherches se focalisent sur des biomarqueurs circulants, dissรฉminรฉs dans les fluides corporels tels que le sang, la lymphe, les urines ou le liquide cรฉphalo-rachidien. La recherche de biomarqueurs au sein de ces biofluides est appelรฉ biopsie liquide par opposition au terme de biopsie solide qualifiant la biopsie classique de prรฉlรจvement de tissus. Ce type de biopsie moins invasive peut รชtre effectuรฉe de faรงon rรฉpรฉtรฉe dans le temps. De plus cette technique permet lโaccรจs ร des marqueurs circulants issus de diffรฉrents sites de lโorganisme. Ainsi la biopsie liquide reprรฉsenterait un outil plus appropriรฉ que la biopsie solide pour รฉvaluer lโhรฉtรฉrogรฉnรฉitรฉ de la masse tumorale.Cette technique prรฉsente un fort potentiel pour rรฉpondre au besoin clinique dโun accรจs ร une information biologique reprรฉsentative visร -vis de lโรฉtat pathologique dโun patient tout au long dโun parcours de soins. La biopsie liquide permettrait un suivi de lโรฉvolution des tumeurs primaire et mรฉtastatiques ainsi que le suivi de la rรฉponse ร un traitement thรฉrapeutique, permettant ainsi dโadapter ร lโรฉchelle individuelle la prise en charge des patients. Ces perspectives sont qualifiรฉes par la communautรฉ du milieu mรฉdical de mรฉdecine personnalisรฉe ou de prรฉcision.
De nombreuses techniques sont en cours de dรฉveloppement pour lโextraction et lโanalyse de biomarqueurs sanguins. Dans le domaine de lโoncologie, les principaux biomarqueurs dโintรฉrรชt sont essentiellement du matรฉriel biologique issu de tumeurs tels que des fragments dโADN et ARNย , des vรฉsicules extracellulaires, ou exosomes, dรฉrivant de cellules tumorales 6 , et des cellules tumorales circulantes (CTCs).
Les CTCs en tant que biomarqueurs tumorauxย
Les CTCs ont รฉtรฉ documentรฉes pour la premiรจre fois en 1869 par un mรฉdecin australien, Thomas Ashworth, ร partir dโobservations de sang dโun patient atteint dโun cancer mรฉtastatique . Bien quโelles aient รฉtรฉ dรฉcouvertes il y a prรจs de 150 ans, elles ont รฉtรฉ le sujet de peu dโรฉtudes avant le milieu des annรฉes 1990. Ceci sโexplique par leur dรฉtection qui relรจve du dรฉfi technique. Avec les avancรฉes dans des disciplines telles que la mรฉdecine etlโoncologie, la biologie, la science des matรฉriaux et la chimie, la dรฉtection de CTCs est devenue un domaine de recherche trรจs actif. Leur dรฉtection au sein du sang pรฉriphรฉrique est notamment รฉtudiรฉe dans de nombreuses travaux, car ce fluide corporel constitue un intermรฉdiaire abondant et simple dโaccรจs pour la biopsie liquide.
Les CTCs au sein de la circulation sanguineย
Dans le cas des carcinomes, des cellules รฉpithรฉliales se dรฉtachent dโune tumeur primaire pour rejoindre la circulation sanguine, la lymphe, la moelle osseuse ou le liquide cรฉphalo-rachidien par le biais dโun processus appelรฉ Transition Epithรฉlio-Mรฉsenchymateuse (Epithelial to Mesenchymal Transition, EMT). Ce processus dรฉcrit en dรฉtail par D. Shook et R. Keller en 2003ย a รฉtรฉ pour la premiรจre fois rapportรฉ dans les annรฉes 1980 comme acteur du dรฉveloppement embryonnaireย puis ร partir de 2005 comme mode de dissรฉmination de cellules tumorales au sein de lโorganisme . Le processus dโEMT est un processus transitoire durant lequel les cellules รฉpithรฉliales subissent une reprogrammation gรฉnรฉtique associรฉe ร des modifications phรฉnotypiques pour acquรฉrir des propriรฉtรฉs mรฉsenchymales et devenir mobiles. Ainsi, les cellules cancรฉreuses acquiรจrent la capacitรฉ dโรฉvoluer au sein de la circulation sanguine pour coloniser des tissus ร distance. Il a รฉtรฉ mis en รฉvidence que les une partie des cellules cancรฉreuses ayant subi le processus dโEMT conservent des caractรฉristiques รฉpithรฉliales permettant de les diffรฉrencier des cellules sanguines saines . Les cellules infiltrent ainsi la circulation sanguine lors de lโintravasation et voyagent librement au sein du biofluide. Le processus inverse est la Transition Mรฉsenchymo-Epithรฉliale (Mesenchymal to Epithelial Transition, MET) permettant aux cellules de passer de la circulation sanguine ร un tissu, cโest lโextravasation. Certaines de ces cellules peuvent former des tumeurs secondaires ou mรฉtastases ร des sites distants de la tumeur primaire. Les CTCs sont ainsi associรฉes au dรฉveloppement mรฉtastatique , premiรจre cause de dรฉcรจs par cancer .
Les CTCs prรฉsentes au sein de la circulation sanguine ne sont pas toutes identiques en raison des transformations phรฉnotypiques quโelles ont subi. Il existe une diversitรฉ de CTCs qui diffรจrent les unes des autres soit par une รฉvolution diffรฉrente au sein de la tumeur primaire, ce qui traduit une hรฉtรฉrogรฉnรฉitรฉ de la tumeur, soit par une transformation diffรฉrente lors de lโEMT. La capture de ces CTCs afin quโelle soit reprรฉsentative doit permettre de capturer de maniรจre exhaustive toutes les variรฉtรฉs possibles de CTCs.
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Table des matiรจres
Lexique
Introduction gรฉnรฉrale
Chapitre 1
Micro-dispositifs pour la capture de cellules tumorales circulantes
Chapitre 2
Intรฉgration dโun systรจme de dรฉtection des cellules capturรฉes
Chapitre 3
Intรฉgration dโun dispositif de mesure de la vitesse dโรฉcoulement par effet Doppler
Conclusion gรฉnรฉrale
Annexe : Production scientifique