Nos scientifiques du Grand Challenge utilisent leur expertise en matière de mesure pour dresser une nouvelle carte du cancer. Professeur Joséphine Bunch, Laboratoire national de physique
Au sud-ouest de Londres, en bordure de Bushy Park, se trouve un immeuble dont les occupants se chargent des mesures. Des mesures précises, pour être précis. Le bâtiment est le gardien du temps, le lieu de repos du kilogramme et le foyer des scientifiques chargés de s’assurer que les boules de la loterie nationale sont exactement les mêmes.
Ce bâtiment est le Laboratoire national de physique (NPL). Il s’agit du National Measurement Institute du Royaume-Uni, et au cours des 18 derniers mois, une équipe de scientifiques a commencé à se pencher précisément sur le cancer.
Dans le cadre de notre programme Cancer Research UK Grand Challenge, nous avons financé des scientifiques du NPL pour mesurer des molécules à l’intérieur des tumeurs. Ils prévoient de collecter ces informations ensemble, à partir de milliers d’échantillons, pour produire un « Google Earth » complet pour le cancer.
La professeure Josephine Bunch est directrice de la faculté du campus de NPL à Teddington, où elle supervise la tâche monumentale qui est toujours en cours.
« Le but de notre projet est d’examiner ce qui se passe dans les cellules des tumeurs pour comprendre comment nous pouvons mieux les traiter », dit-elle.
Et depuis notre dernière visite au labo, l’équipe n’a pas chômé. Ils ont maintenant partagé avec nous un premier aperçu de 3 étapes de la carte chimique 3D qu’ils ont commencé à dessiner.
De nouvelles couches de détails
L’équipe prévoit de produire des images de tumeurs à des niveaux de détail inédits. Ils visent à cataloguer les produits chimiques de milliers de tumeurs, se déplaçant de la surface vers les profondeurs des cellules individuelles.
Zoomer à ce niveau et regarder les produits chimiques à l’intérieur des cellules individuelles signifie que le microscope commun doit faire place à un équipement plus spécialisé.
« Les microscopes nous ont vraiment aidés à comprendre énormément de choses sur le cancer et les tumeurs », déclare Bunch. « Mais contrairement à nos instruments, ils ne peuvent pas produire une image suffisamment détaillée à une si petite échelle.
« Les instruments que nous avons construits nous permettent de voir toutes les molécules à l’intérieur une Célibataire tumeur cellule à la fois.
Utiliser des balances moléculaires
Les instruments Groupe et son équipe utilisent pour imager les tumeurs ce qu’on appelle un spectromètre de masse.
Les spectromètres de masse sont comme des balances moléculaires. Comme la plupart des molécules de notre corps ont un poids spécifique, si nous pouvons les peser, nous pouvons les identifier.
NPL propose une gamme de spectromètres de masse qui pèsent les molécules à différent niveaux de détail, comme un zoom sur une carte.
« Nous sommes opérationnels depuis environ 18 mois. Nous avons utilisé ce temps pour optimiser la façon dont nous utilisons ces instruments et nous avons collecté toute une gamme d’échantillons assez précieux, » dit Bunch.
Les instruments étant maintenant pleinement opérationnels, l’équipe peut commencer nous emmenant de la tumeur entière à l’intérieur d’une seule cellule, un peu comme Google Earth peut parcourir le monde à partir de votre téléphone.
Paysage urbain : la surface tumorale
Les premières images couvrent une grande partie de la surface de la tumeur avec moins de détails, comme si vous observiez un paysage urbain d’en haut. Cela cartographie la surface de l’échantillon tumoral, donnant une bonne première impression globale des molécules qui s’y trouvent.
Le paysage urbain : cette image montre 3 tranches d’un échantillon de tumeur. Les couleurs représentent les différents produits chimiques détectés à la surface, ce qui aide les scientifiques à identifier les zones d’intérêt. Professeur Joséphine Bunch, NPL
« Le but ici est de ramasser doucement les molécules de la surface de la tumeur en pulvérisant de l’eau dessus », explique Bunch. « Certaines des gouttelettes rebondissent avec des molécules de la tumeur dessus, et nous pouvons ensuite les mesurer. »
Cette technique est importante car il ne faut pas longtemps pour capturer une image d’un morceau de la tumeur, appelé une section. « Nous pouvons examiner de nombreuses sections d’une tumeur et obtenir des images en moins d’une heure », explique Bunch.
L’équipe détecte et localise des centaines de produits chimiques à la fois, en les aidant identifier les domaines d’intérêt. Mais cette machine ne peut pas zoomer davantage pour examiner ces patchs en « vue de rue ».
Vue sur la rue : un examen plus approfondi
Une deuxième machine utilise un laser pour cibler les zones d’intérêt et identifier les molécules à l’intérieur des cellules tumorales. Mais avec beaucoup plus d’informations à collecter, cette étape prend du temps.
Street view : après avoir identifié les zones d’intérêt, les chercheurs utilisent une autre machine pour examiner plus en détail. Les couleurs de cette image montrent des zones de la tumeur qui sont similaires en fonction des molécules mesurées. Professeur Joséphine Bunch, NPL
« Pour cette technique, il faut probablement plusieurs heures pour produire une carte d’une seule tumeur », explique Bunch, ajoutant que cette machine est idéale pour« combler le fossé » entre la visualisation de la totalité de la tumeur et la cartographie produits chimiques individuels à l’intérieur des cellules individuelles.
À l’intérieur des maisons ou des cellules individuelles
Le dernier morceau de la carte provient d’une troisième machine, qui détecte des molécules spécifiques.
«Cette méthode est assez différente des autres», explique Bunch. « Nous ne mesurons pas des centaines de milliers de molécules dans chaque endroit, comme avant. Cette fois, nous avons choisi ce que nous recherchons en utilisant une étiquette chimique.
Vue de la maison : sur cette image, les scientifiques recherchent un produit chimique spécifique qu’ils ont sélectionné, sur la base des 2 premières images. Ils recherchent l’activité de ce produit chimique dans les cellules des tumeurs pour essayer de comprendre quelle est sa fonction. Professeur Joséphine Bunch, NPL
Les images de cet instrument donnent les détails fins. La machine examine l’activité de produits chimiques spécifiques à l’intérieur des cellules tumorales en leur collant un drapeau radioactif. Le drapeau radioactif ne perturbe pas ce qui se passe à l’intérieur de la cellule, mais il le rend traçable par les scientifiques.
Bunch et son équipe utilisent cette machine pour scruter l’intérieur des cellules cancéreuses et découvrir comment elles fonctionnent.
« Vraiment, nous voulons arrêter tumeurs recevant de la nourriture et pouvant l’utiliser », explique Bunch. « Si nous pouvons comprendre comment ils utilisent et produisent de l’énergie différemment des cellules normales nous pouvons développer des médicaments qui pourraient arrêter leurs processus énergétiques événement. Nous serons alors meilleurs dans le traitement du cancer.
Assembler la carte
« Nous sommes le seul laboratoire au monde qui rassemble toutes les différentes techniques d’imagerie », dit Bunch.
Maintenant, l’équipe a l’intention de répéter ces 3 techniques, ainsi que quatre autres, milliers de fois, sur de nombreux types de cancer.
Molécule par molécule, pixel par pixel, ces cartes chimiques finiront par être assemblées pour produire un « Google Earth » global de la tumeur.
Pourquoi avons-nous besoin d’une carte du cancer?
Bunch croit que leur cartes du cancer peut être utilisé de diverses manières. « Nous travaillons déjà avec les gens qui développent des médicaments comprendre les différentes régions des tumeurs et pourquoi certaines drogues arrivent à l’endroit où vous le souhaitez et d’autres non », dit-elle.
Et depuis le début du projet Grand Challenge, ils ont commencé à cartographier les cancers de l’intestin, du pancréas et du sein, ainsi qu’une sorte de tumeur cérébrale appelée glioblastome.
Bunch et son équipe disent que c’est grâce aux patients qui ont fait don de leur tissu tumoral après la chirurgie que ces cartes commencent à prendre forme.
« Sans ces aimables dons, nous ne serions tout simplement pas en mesure de produire ces cartes chimiques ou de comprendre les tumeurs avec ce niveau de détail. »
Ethan