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« Les signaux mécaniques jouent un rôle capital dans le cancer… »

 

Voilà une phrase qui apparaît au début de milliers d’articles scientifiques et de plus en plus souvent depuis 2 005, date du premier article montrant leur importance en cancérologie (M Paszek, 2005).Or, depuis 60 ans il était convenu que la cancérologie était affaire de biologie, de génétique, d’immunologie… Mais pas de « signaux mécaniques ».
Depuis 2005 – date de la publication de l’article de M. Paszek puis des travaux de D Ingber, J Raish… – cette époque est révolue : l’apparition d’un cancer, sa croissance et demain son traitement c’est aussi une affaire de physique et de physiciens, de mécanique. (On trouvera de nombreux articles de vulgarisation sur ce sujet dont l’article ‘Oncologie Physique’ sur Wikipedia).
Mais pourquoi cette évidence scientifique a-t-elle autant de peine à trouver sa place dans la recherche en cancérologie ? Alors même que de si nombreux articles ont montré in vitro que des forces, des pressions, un stress, appliqués à des cellules, seules ou assemblées en tissu, peuvent transformer ces cellules et tissus normaux en cellules et tissus cancéreux et peuvent aussi assurer le contrôle de ces tissus cancéreux.

 

La principale raison est bien sûr la prééminence et la pertinence de l’approche génético-biologique : tous ces articles qui soulignent l’importance des signaux mécaniques hésitent à se situer par rapport au dogme : « le cancer est la conséquence de l’apparition de mutations génétiques ». Mais pour mettre les signaux mécaniques à leur vraie et juste place il faudra inventer les instruments pour mesurer les forces à l’intérieur des tissus in vitro puis in vivo.
Tout ce que nous savons faire aujourd’hui c’est montrer qu’un ensemble de forces appliquées à une tumeur en modifie le comportement, pouvant aller jusqu’à une réversion c’est-à-dire le retour du tissu cancéreux à la normale. Un article récent dans la revue Nature (M E Dolega et al.) propose une solution technique élégante. Ils ont fabriqué des microbilles de polyacrylamide, un polymère très utilisé en biologie et en médecine (on l’injecte en chirurgie esthétique) donc biocompatible.
Ces billes ont été rendues adhérentes aux cellules cultivées, soit ici des cellules de cancer du côlon de souris. Ces cellules sont cultivées ‘en 3 dimensions’ soit en petites sphères (on parle de sphéroïdes) en suspension dans du liquide de culture. Quand les billes sont mélangées aux cellules, au début de la culture, elles incorporent ces ‘sphéroïdes’.

 

Elles sont compressibles, élastiques et il est possible de mesurer, depuis l’extérieur, leur compression, autrement dit leur déformation en fonction de la force appliquée (‘Strain’ en anglais). Or une loi bien connue de la physique nous dit que quand on connaît le ‘Strain’ on connaît la Pression (le ‘Stress’). Il suffit alors de mélanger billes et cellules en croissance puis d’appliquer une force, une pression, un ‘Stress’ depuis l’extérieur du sphéroïde quand il est mature. Le stress appliqué de l’extérieur est de 5 kiloPascal (kPa) ce qui est de l’ordre de grandeur de ce qui existe in vivo chez l’animal ou l’humain.

 

De manière inattendue les mesures ont montré que la pression mesurée à la surface du sphéroïde chute brutalement à 1 kPa. Ensuite, en se dirigeant vers le centre, la pression augmente pour rejoindre progressivement la valeur de 5 kPa. Comme s’il y avait un ‘écran  ‘ à la surface de cette culture cellulaire en 3 dimensions. De plus cette zone de basses pressions qui s’étend sur un tiers du rayon est celle où les cellules cancéreuses continuent à se diviser, proliférer, alors qu’au centre la croissance est stoppée. Les auteurs en tirent une passionnante hypothèse sur une possible ‘transition de phase’ dans la tumeur sphéroïde… En d’autres termes, le tiers extérieur de la tumeur serait assimilable à un liquide visqueux tandis que l’intérieur serait plus proche d’un solide.

 

La couronne extérieure de prolifération cellulaire est celle qui est en contact chez le patient avec l’enveloppe externe de tout cancer : la Matrice Extracellulaire. En effet tout cancer est composé de deux tissus  : le tissu tumoral proprement dit et cette Matrice qui l’entoure. Or, c’est à cette interface que se joue le sort du patient : c’est de là que partent les cellules malignes qui vont former des métastases et tuer le patient.
D’où l’importance de pouvoir agir sur la partie ‘liquide’ de la tumeur d’où partent les cellules qui vont donner des métastases.
Citons les auteurs  : « Tous les processus biologiques importants dans les organismes multicellulaires requièrent un contrôle dans le temps et l’espace des décisions clefs comme la prolifération ou son arrêt. Tandis que pendant longtemps on a pensé que les signaux biologiques jouent un rôle majeur dans le potentiel local de prolifération il est maintenant bien établi que les signaux mécaniques sont aussi importants dans la conservation de l’équilibre des tissus (homéostasie), rompu dans le cancer ».

 

On retrouve cette timidité : … « aussi important » … alors que la question posée est plutôt : qui est la cause de l’autre. Mais c’est une autre histoire.