L'expansion des cellules tumorales pose des défis à la physique actuelle

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Une tumeur maligne se caractérise par sa capacité à se répandre autour de son environnement. Pour ce faire, les cellules tumorales adhèrent aux tissus environnants (principalement le collagène) et utilisent des forces pour les propulser. Le journal Nature Physics a publié une étude menée par une équipe dirigée par Xavier Trepat, chercheur ICREA à l'Institut de génie biologique de Catalogne ( IBEC) et chargé de cours au Département de biomédecineL'Université de Barcelone (UB) et Jaume Casademunt, professeur de physique à l'UB, révèlent les forces de propagation de ces cellules tumorales. La relation entre ces forces et le mouvement des cellules dépasse les lois physiques actuelles.

Les chercheurs ont placé les cellules tumorales du sein sur une surface riche en collagène et ont observé comment celles-ci se sont développées. Grâce à la technologie développée par le groupe Trepat, ils ont pu mesurer les forces physiques utilisées par ces cellules au cours du processus, ce qui n’a pas encore été observé. Avec ces méthodes, ils ont vu la propagation de la tumeur dépendre d'une compétition entre les forces: les cellules se collent les unes aux autres et sont maintenues ensemble, tout en adhérant à l'environnement pour s'échapper. Selon la force prédominante, la tumeur conservera sa forme sphérique ou s’étendra totalement sur la surface. «Il s’agit d’un processus similaire à celui qui consiste à placer une goutte d’eau sur une surface. Sur certaines surfaces, la goutte va se propager totalement, par exemple sur une brique, tandis que lorsqu'elle est posée sur d'autres surfaces, la goutte reste sphérique, par exemple sur un tissu parapluie imperméable », explique Carlos Pérez, chercheur à l'IBEC, stagiaire chez 'la Caixa 'et premier auteur de l'article.

Malgré les similitudes entre les tumeurs et les liquides, la physique de ces deux phénomènes est très différente. «Mouiller dans les surfaces est un problème fondamental en physique classique que nous comprenons, mais les tumeurs semblent suivre des lois très différentes», note Ricard Alert, chercheur à l’UB, stagiaire à la Caixa et co-auteur de l’article. Contrairement aux fluides passifs, les cellules peuvent créer des forces et se déplacer seules. Cela transforme les tissus biologiques en fluides actifs et en particulier en tumeurs actives. Par conséquent, pour comprendre l'expansion des tumeurs sur une surface, il faut élaborer une nouvelle théorie physique appelée «mouillage actif» par les chercheurs.

«Quand on pense à l'état de la matière, on pense généralement aux solides, aux liquides ou aux gaz. Nos résultats et d'autres résultats de laboratoire indiquent que les cellules vivantes ne s'intègrent pas dans ce schéma et se comportent comme un autre état de la matière, que nous appelons matière active », explique Jaume Casademunt. Lorsqu'une tumeur apparaît, les cellules accumulent des mutations et leurs propriétés mécaniques changent. En général, les cellules tumorales perdent l'union entre elles et gagnent en union avec leur environnement. Pendant la croissance de la tumeur, son environnement change également, augmentant sa quantité de collagène et sa rigidité. «Nos expériences montrent que ces changements sont suffisants pour déséquilibrer les forces, provoquant la propagation des cellules», explique Xavier Trepat.

Ces découvertes montrent l'importance des forces physiques dans les métastases, ouvrant la voie au développement de traitements visant à modifier la mécanique des tumeurs en tant que traitement potentiel.

L'étude a été financée par le ministère espagnol de l'économie et des affaires, la Generalitat de Catalunya, le Conseil européen de la recherche (ERC), Contrôle mécanique de la fonction biologique (MECHANO-CONTROL), Centre de recherche sur la recherche biomédicale en bioingénierie, biomatériaux et nanomédecine (CIBER-BBN) et Fondation bancaire «la Caixa».

Article de référence:

Carlos Pérez-González, Alerte Ricard, Carles Blanch-Mercader, Manuel Gómez-González, Tomasz Kolodziej, Elsa Bazellières, Jaume Casademunt, Xavier Trepat (2018). « Mouillage actif des tissus épithéliaux». Nature Physics, 24 septembre 2018. Doi: 10.1038 / s41567-018-0279-5

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Universitat de Barcelona

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