Une biobanque vivante pourrait soutenir le développement de nouvelles thérapies pour le cancer de l’ovaire avancé. Nous suivons ici le parcours d’une équipe financée par Cancer Research UK pour créer une biobanque vivante pour le cancer de l’ovaire.
En 2015, le professeur Stephen Taylor avait un plan. Après 15 ans d’études sur la division cellulaire dans les lignées cellulaires, il voulait tester comment les médicaments de chimiothérapie antimitotique interfèrent avec le processus dans un cadre plus pertinent sur le plan clinique.
Taylor et son équipe – basée à la Division des sciences du cancer de l’Université de Manchester – tenaient à éviter certains des problèmes associés aux lignées cellulaires. Il est bien documenté qu’ils ne reflètent souvent pas la tumeur d’origine et que peu d’entre eux ont des informations cliniques associées. Ils ont donc élaboré un plan pour examiner précisément comment le stabilisateur de microtubules Taxol® provoque la mort des cellules cancéreuses sur les cellules cancéreuses primaires de l’ovaire dérivées de la patiente.
Au fur et à mesure que les projets avancent, il était censé être relativement simple. « Je pensais, d’accord, obtenons en fait des cellules de patients », se souvient Taylor. « Mettons en place des collaborations avec un hôpital et testons nos hypothèses sur des cellules issues de biopsies.
Facilité par l’emplacement du laboratoire sur le site de l’hôpital Christie à Manchester, c’était un plan qui, cinq ans plus tard, a produit une biobanque vivante de cellules cancéreuses de l’ovaire. L’équipe peut désormais prélever des échantillons – principalement sous forme d’ascite – chez des patientes atteintes d’un cancer de l’ovaire naïf de chimiothérapie et en rechute. Ils ont réussi à dépasser les 80 ex vivo les cultures de cancer de l’ovaire se développent.
Alors que le plan était simple, le voyage jusqu’à ce point s’est avéré tout sauf. « J’étais dans une énorme surprise. Ce que nous avons découvert, c’est le sale petit secret de la biologie du cancer, que tout le monde connaît, mais que personne ne révèle », explique Taylor. « Les cellules cancéreuses primaires ne se développent pas du tout bien en culture. »
Le professeur Stephen Taylor est un chercheur sur le cancer de l’ovaire basé à l’Université de Manchester. Il détient une bourse du programme CRUK. Depuis sa première bourse, il a reçu un financement CRUK en continu pendant plus de 20 ans.
Pourquoi une biobanque vivante ?
Alors, pourquoi se donner la peine ? Le cancer de l’ovaire est la première cause de mortalité liée à la gynécologie. Le carcinome séreux de l’ovaire de haut grade (HGSOC), le sous-type le plus répandu, se développe rapidement et est rarement diagnostiqué avant un stade avancé de la maladie. Les options de traitement sont limitées et les taux de survie ne se sont pas considérablement améliorés depuis 20 ans.
Pour développer un nouveau traitement plus efficace, les chercheurs ont besoin de modèles précliniques qui reflètent plus fidèlement le cancer de l’ovaire in vivo. Bien que les lignées cellulaires cancéreuses soient une ressource importante, elles présentent un certain nombre de limitations. Le plus connu est peut-être le simple fait que certaines lignées cellulaires bien établies existent depuis si longtemps.
« Certains ont grandi dans la culture pendant 40, 50, peut-être 60 ans. Si vous pensez à la dérive génétique et à la façon dont ces cellules se seront adaptées, reflètent-elles vraiment la tumeur d’origine dont elles sont issues ? » demande Taylor. « Nous avons très peu de connaissances sur les origines de certaines de ces lignées cellulaires. Il n’y a pas de pathologie qui les accompagne et il n’y a certainement pas de données cliniques.
Certaines lignées cellulaires poussent en culture depuis jusqu’à 60 ans – reflètent-elles vraiment la tumeur d’origine dont elles sont issues ?
C’est la promesse d’un système modèle reflétant plus précisément les caractéristiques phénotypiques et génétiques des cellules cancéreuses de l’ovaire qui a incité Taylor et son laboratoire à développer leur biobanque vivante. S’ils pouvaient collecter et cultiver des cellules cancéreuses de l’ovaire directement des patientes, ils pourraient éviter cette dérive génétique et annoter chaque culture avec des informations cliniques. Partant du principe que le principal obstacle était l’accès aux échantillons de patientes, ils ont mis en place une collaboration avec The Christie et la biobanque du Manchester Cancer Research Center (MCRC) et ont commencé à collecter l’ascite des patientes atteintes d’un cancer de l’ovaire.
« Nous avions résolu le problème d’accès. Nous avions maintenant des échantillons qui sortaient de nos oreilles », explique Taylor. « Si nous les mettons dans une boîte de Pétri, ils devraient pousser parce que les lignées cellulaires établies poussent comme des mauvaises herbes, n’est-ce pas ? C’est à ce moment-là que nous avons eu la grande surprise que les cellules cancéreuses primaires ne se développent pas en culture. »
Magie absolue
Le problème semblait être que l’ascite, bien qu’elle soit une bonne source de cellules tumorales, est également pleine de fibroblastes associés au cancer – qui se développent en culture.
« Ce que vous voyez, ce sont les fibroblastes qui se développent et se divisent, et finissent par prendre le contrôle de tout le plat », explique Taylor. « Ce qui n’avait aucun sens. Les cellules cancéreuses sont immortelles, alors que les fibroblastes normaux sont mortels – alors pourquoi grandissaient-ils comme des fous et prenaient-ils le contrôle de ma boîte de culture alors que les cellules tumorales restaient là à ne rien faire ? »
Les cellules tumorales séparées ne s’en sont pas beaucoup mieux tirées. Ils étaient convaincus que la réponse à la prolifération des cellules cancéreuses de l’ovaire était dans les bonnes conditions de milieu de culture, mais connaître la recette exacte était le point d’achoppement. Et il se pourrait qu’il en soit ainsi sans un commentaire fortuit lors de l’examen d’une demande de subvention du programme CRUK.
L’un des critiques a indiqué à Taylor un article décrivant la recherche d’une décennie du milieu de culture idéal à cultiver. ex vivo cellules cancéreuses de l’ovaire humain. Cependant, le processus d’obtention du support a été lent. Pendant ce temps, le Dr Louisa Nelson, associée de recherche postdoctorale au laboratoire Taylor, a lu l’article et a décidé de prendre les choses en main.
« Louisa a dit ‘Pourquoi je n’essaie pas ?’ Et j’ai juste pensé, non, il n’y a aucun moyen que cela fonctionne – la recette est tellement compliquée », dit Taylor.
Mais Nelson était déterminé, et cela a porté ses fruits – son milieu a fonctionné et pour la première fois, le laboratoire Taylor a pu collecter des échantillons de patients, puis développer avec succès des cellules tumorales ovariennes.
« Lorsque nous avons fait pousser le premier échantillon, c’était absolument magique », déclare Taylor. « Regarder au microscope et voir ces petites colonies de cellules qui se développaient clairement. C’était juste incroyable.
Malgré son rôle central, c’est un succès dont Nelson elle-même est humble. « Nous obtenons maintenant un taux de réussite d’environ 30 % des échantillons de patients établis en tant que culture », dit-elle. « Ce n’est toujours pas idéal, mais nous travaillons pour augmenter cela en essayant différentes conditions de culture et différents revêtements plastiques. »
Un chemin vers des avatars patients
Nelson gère maintenant les modèles de cancer de l’ovaire (OCM) générés dans le cadre de la biobanque vivante et compte plus de 80 cultures en croissance, chacune avec un historique clinique. La clé de tout cela réside dans les collaborations que le laboratoire a établies.
« La biobanque MCRC joue un rôle majeur à cet égard », déclare Nelson. Le MCRC est un partenariat entre CRUK, l’Université de Manchester et le Christie NHS Foundation Trust – et a été créé pour soutenir la recherche collaborative.
Elle ajoute : « Ils se coordonnent avec le personnel clinique de The Christie pour nous permettre de recevoir le nombre d’échantillons que nous faisons. Ils coordonnent également le consentement de tous les patients et nous fournissent les détails du traitement. Sans eux, le processus ne serait pas aussi simple qu’il l’est.
Parce que la biobanque vivante génère des MCO qui ressemblent si étroitement aux caractéristiques du cancer de l’ovaire, le laboratoire Taylor peut désormais l’utiliser non seulement pour sonder les mécanismes biologiques sous-jacents, mais aussi pour tester de nouvelles stratégies thérapeutiques. De manière tentante, le concept de biobanque vivante ouvre même la possibilité d’une approche personnalisée du traitement du cancer de l’ovaire – bien que cela puisse être encore loin.
« Si nous pouvions développer rapidement des cellules en culture, il serait possible de tester une gamme de médicaments ou de combinaisons de médicaments sur chaque échantillon de patient », explique Nelson. « Cela serait ensuite réinjecté dans la clinique, permettant aux cliniciens de prendre des décisions éclairées quant aux médicaments qui fonctionnent le mieux pour un patient individuel. Pour le moment, ce n’est pas possible, mais c’est quelque chose sur quoi nous travaillons.
C’est une excitation prudente partagée par Taylor. « Nous voulons faire une biopsie d’un patient, la comparer aux médicaments et déterminer empiriquement ce dont le patient pourrait bénéficier. L’OCM agit ainsi comme un patient avatar. Sans vous soucier de caractériser ces cellules ou ces biomarqueurs… laissez simplement la tumeur nous dire à quoi elle est sensible.
« Mais il y a beaucoup de défis avec cette approche », ajoute Taylor. « Il n’y a aucune garantie que nous puissions générer une culture, et cela peut prendre un peu de temps. Nous n’avons pas encore optimisé la plate-forme pour le faire.
L’OCM agit comme un avatar patient. Sans vous soucier de caractériser ces cellules ou ces biomarqueurs… laissez simplement la tumeur nous dire à quoi elle est sensible.
Pour l’instant, l’utilisation de la biobanque pour comprendre la biologie sous-jacente a déjà produit une surprise. L’analyse des nombres de centrosomes et la microscopie time-lapse à haute résolution ont révélé des mitoses hétérogènes beaucoup plus prononcées que celles observées dans les lignées cellulaires établies. Cette découverte a conduit à un article et suggère, dit Taylor, que le dysfonctionnement mitotique dans les cancers humains avancés est sous-estimé.
« Quand j’ai vu pour la première fois des images de ces cellules cancéreuses au microscope, elles semblaient tellement anormales », dit-il. « Vous pouviez simplement dire tout de suite que quelque chose n’allait vraiment pas. Nous étudions ces cellules comme fraîchement sorties d’un patient et ce que nous en sortons est très instable sur le plan chromosomique. Pourtant, les cellules survivaient.
De nombreux échantillons de Taylor proviennent de patients qui ont subi une chimiothérapie intensive avec des tumeurs qui ont acquis une résistance aux médicaments. «Plus nous laissons les cellules en culture, elles deviendront beaucoup plus stables, beaucoup plus homogènes», dit-il. «Au fur et à mesure qu’ils évoluent, une partie de ces dommages chromosomiques seront perdus. En essayant de les étudier dès que possible, je pense que nous surmontons beaucoup de problèmes que nous voyons avec les lignées cellulaires.
Largeur et profondeur
Alors, qu’est-ce que l’équipe veut faire ensuite avec la biobanque vivante ? C’est une question à la fois de largeur et de profondeur, dit Taylor.
L’étendue est simple – il veut créer autant d’OCM à partir d’autant d’échantillons que possible. « Ensuite, nous pouvons commencer à examiner n’importe quel médicament et le tester sur tous nos échantillons », explique Taylor.
En ce qui concerne la profondeur, l’équipe se concentrera sur les détails spécifiques d’un seul échantillon. En raison de l’efficacité du flux d’échantillons d’ascite de la clinique au laboratoire, Taylor et Nelson peuvent collecter des ensembles d’échantillons longitudinaux de patients individuels. Ils peuvent alors commencer à se faire une idée de l’évolution des cellules tumorales au cours de la maladie.
« En tant que biologiste cellulaire, ce que je veux, ce sont des cellules tumorales primaires avant la chimiothérapie, et je veux que la maladie récidivante et traitée par thérapie voit ce qui change », explique Taylor.
Enfin, Taylor souhaite vivement que la biobanque vivante devienne une plateforme de collaborations.
« Nous ne pouvons pas tout faire et il y a beaucoup de gens qui peuvent progresser dans des domaines de la biologie des cellules cancéreuses dans lesquels nous ne sommes pas des experts », dit-il. « Que la biobanque devienne une ressource pour les autres ou que nous aidions à constituer les milieux de culture, c’est une excellente occasion de tendre la main et de nouer des collaborations. »