Du boson de Higgs à un traitement contre le cancer
Publié par Adrien le 18/11/2019 à 08:00
Source: CNRS INSB
Grâce à un scanner à comptage de photons développé par des ingénieurs et des physiciens, des biologistes ont pu suivre pendant plusieurs mois la croissance tumorale de souris développant spontanément des tumeurs du foie et évaluer leur réponse à un traitement contre le cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la survie de ce dernier est...). Celle étude a été publiée dans la revue iScience.

L'avènement d'une nouvelle génération de scanners à rayons X dits à comptage de photons, qui permettent de détecter les photons X indépendamment les uns des autres, constitue un puissant outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des...) de diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“ et...), même à faible dose, pour suivre la croissance tumorale et pour évaluer leur réponse à un traitement contre le cancer. Ces détecteurs exploitent une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) dite à pixels hybrides développées à l'origine pour suivre les trajectoires de particules chargées dans les expériences du CERN qui ont permis la découverte du boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout...).


Schéma illustrant l'application de ce nouveau système d'imagerie pour les petits animaux qui permet une analyse complète du corps de l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit de substances organiques. On réserve...). Les animaux sont injectés avec un agent de contraste comme le Baryum. Les photons émis par les rayons X sont quantifiés par tomographie micro-calculée (PC-CT). Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) acquises peuvent ensuite être utilisées pour visualiser les organes avec des images (transversales, longitudinales, sagittales) qui pourront par la suite être utilisées pour une reconstruction 3D. Ce système PC-CT a été combiné avec un modèle murin qui récapitule la tumorigenèse des patients atteints de cancer du foie (Le foie est un organe abdominal impair et asymétrique, logé chez l'homme dans l'hypocondre droit, la loge sous-phrénique droite, la partie...), pour visualiser les tumeurs au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) de leur formation et suivre leur évolution au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) (jusqu'à 3 mois). Ce système PC-CT a aussi été utilisé pour étudier l'efficacité d'une nouvelle combinaison (Une combinaison peut être :) d'agents anticancéreux (Un anticancéreux est un médicament permettant de lutter contre le cancer). Il a permis de démontrer l'efficacité de ce nouveau traitement, illustré d'une part par régression tumorale et remaniement de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) tumoral (notamment le recrutement de macrophages).
© Christian Morel and Flavio Maina.

Un prototype de scanner (Un scanneur, ou numériseur à balayage est l'équivalent du terme anglais scanner, qui vient du verbe anglais to scan, signifiant « balayer » dans le sens...) pour petits animaux utilisant une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la...) à pixels hybrides développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la...) par les physiciens a permis aux biologistes de suivre la croissance de tumeurs spontanées du foie dans une lignée de souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie...) appelée Alb-R26Met pour lesquelles, malgré l'hétérogénéité de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) d'apparition des tumeurs elles-mêmes, une courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et les cercles sont des courbes.) de croissance exponentielle (En mathématique, en économie et en biologie, on parle d'un phénomène à croissance exponentielle (ou géométrique) lorsque la croissance en valeur absolue de la population est...) de la taille des tumeurs a été observée avec un temps de doublement d'environ 15 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et...) pour toutes les tumeurs. Il a de plus été également possible d'observer la régression de ces tumeurs hépatiques en réponse à un traitement combiné des inhibiteurs MEK et BCL-XL et de constater que celle-ci s'accompagne du recrutement de macrophages (des agents du système immunitaire) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) de la tumeur (Le terme tumeur (du latin tumere, enfler) désigne, en médecine, une augmentation de volume d'un tissu, clairement délimitée sans précision de cause.) qui absorbent un agent de contraste à base de nanoparticules de baryum.

Dans les faits, cet agent de contraste, l'ExiTron nano 12000, est absorbé, puis accumulé pendant plusieurs semaines par les macrophages résidant dans la rate (La rate (en grec ancien σπλήν (splēn), en latin lien, d'où les adjectifs splénique et liénal) est un organe fragile, profond, situé dans l'hypochondre gauche en regard de la 10e...) et les macrophages du foie (cellules du Kupffer) sans qu'il représente toutefois une quelconque toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα toxikótêta) est la mesure de la capacité d’une substance à provoquer des effets néfastes et mauvais pour la...) pour ce dernier, ce qui permet d'envisager des études par rayons X récurrentes pendant plusieurs semaines: le foie et la rate apparaissent contrastés en raison de la radio-opacité du baryum. Il est alors possible d'observer en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) des tumeurs du foie, qui apparaissent en négatif car les cellules cancéreuses n'absorbent pas l'agent de contraste, et de suivre leur croissance au cours du temps. C'est ici que la révolution du comptage de photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...) entre en jeux: les détecteurs à pixels hybrides opèrent sans bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) de mesure, ce qui leur permet de rester précis même à très bas flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est...) de rayons X, donc à base dose. Chaque scan dure 7,5 min pour une dose absorbée (En physique nucléaire et en radioprotection, la dose radioactive ou plus concisément la dose désigne l'énergie déposée par unité de masse par un rayonnement ionisant. Une...) par la souris de 180 mGy, ce qui rend possible la répétition d'une dizaine de scans sans effets notables sur les souris.

Ce prototype de scanner à comptage de rayons X pourrait donc se révéler un outil puissant pour accompagner les biologistes dans l'étude et le développement de nouveaux agents thérapeutiques et en optimiser le traitement.

Pour en savoir plus:
Tracking Dynamics of Spontaneous Tumors in Mice Using Photon-Counting Computed Tomography.
Cassol F, Portal L, Richelme S, Dupont (DuPont, de son nom complet E.I. du Pont de Nemours et compagnie, est une entreprise américaine, fondée en juillet 1802 à Wilmington, dans le...) M, Boursier Y, Arechederra M, Auphan-Anezin N, Chasson L, Laprie C, Fernandez S, Balasse L, Lamballe F, Dono R, Guillet B, Lawrence T, Morel C*, Maina F*.
iScience. 2019 Oct 9;21:68-83.
doi: 10.1016/j.isci.2019.10.015.
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