Etude de l’induction mécanique de la formation de cellules souches cancéreuses dans les tumeurs primaires du côlon

Le cancer est la principale cause de décès dans le monde, accumulant près de 10 millions de décès en 2020, selon les rapports publiés par l’OMS. Environ un million de ces décès ont été attribués au cancer colorectal, ce qui le place au deuxième rang mondial sur l’échelle de la mortalité par cancer. Malgré la grande variété et la combinaison de traitements, y compris la chirurgie et la chimiothérapie, 50 % des patients souffrent de métastases (les cellules cancéreuses migrent et s’installent dans une autre partie du corps) qui conduisent à la mort par la maladie. La létalité des différents types de cancers est déterminée par divers facteurs, l’un des plus pertinents étant le type de cellule promotrice de cellules tumorales (les cellules à l’origine de la production de cellules tumorales). Les cellules souches cancéreuses (CSC) sont les promoteurs les plus agressifs de la progression tumorale et se caractérisent par leur résistance ou leur récidive après traitement, une tendance à métastaser et un taux de mortalité élevé. Dans le cancer de côlon, la pression mécanique liée à la croissance tumorale joue un rôle dans la production de cellules souches cancéreuses mais les mécanismes sous-jacents sont inconnus. L’objectif principal du projet est de déterminer l’origine cellulaire de CSC dans le cancer du côlon chez la souris. Les résultats attendus de notre projet sont de faire la lumière sur un nouveau mécanisme sous-jacent pour la formation de CSC et ouvrir ainsi à de nouveaux traitements inhibiteurs ciblant la formation des CSC.

Les résultats de ce projet vont permettre d’élargir les connaissances sur les mécanismes d’émergence et de développement tumoral les plus agressifs pouvant mener à la formation de métastases dans le cancer du côlon chez la souris (court terme) à partir d’un axe moins exploré dans la communauté scientifique comme l’apport de la physique à la biochimie et à la biologie de l’établissement de cette maladie. Dans un second temps, ces connaissances pourraient être extrapolées au cancer du côlon chez l’homme, du fait de la forte homologie des mécanismes sous-jacents au développement de la maladie chez l’homme et la souris (long terme), et aux tumeurs d’autres organes, pour lesquels il y a des données montrant l’activation anormale de notre protéine d’intérêt dans 8 autres tumeurs solides humaines, en plus du côlon humain (long terme). Enfin, nous visons à obtenir de nouvelles cibles thérapeutiques pour le traitement du cancer du côlon chez la souris d’abord, puis chez l’homme, afin d’aider à supprimer les effets tumorigènes provoqués par la pression mécanique exercée par le développement de tumeurs dans les tissus environnants, et ainsi à atténuer les processus induits par la tumeur primitive, parmi lesquels la formation de métastases, la furtivité au système immunitaire, la résistance aux traitements et la résurgence (long terme).

Dans un premier temps, les souris vigiles recevront une injection intrapéritonéale à différents temps déterminés en avance (une fois par jour pendant 4 jours ou une fois tous les deux jours pendant une semaine, ou deux fois par semaine pendant 4 semaines) (durée du geste inf à 10 sec). Ensuite, les souris seront divisées en différents groupes. Un groupe contrôle recevra seulement une injection intraveineuse (une fois au cours de l’expérience, sur animal vigile, durée du geste inf à 10 sec)). L’autre groupe suivra une chirurgie pour l’implantation d’un aimant en sous-cutané dans le dos de la souris suivi d’une injection intraveineuse avec des nanoparticules magnétiques (une fois au cours de l’expérience, chirurgie réalisée sous anesthésie pendant une durée maximale de 10 minutes). Une partie de ces souris sera suivie par colonoscopie sous anesthésie (une fois par semaine pendant 4 semaines, la durée de la procédure ne dépassera pas 20 minutes pour chaque souris). Au bout d’une semaine ou d’un mois, les animaux seront mis à mort pour prélever des échantillons du côlon et d’intestin

Les animaux seront injectés avec une solution de particules magnétiques encapsulés par voie intraveineuse et un petit aimant sera inséré par voie sous-cutanée dans le flanc supérieur droit pour établir la pression équivalente à celle d’une tumeur dans le côlon. La douleur provoquée dans cette partie expérimentale du projet est associée à l’injection et à l’implantation de l’aimant, mais ne devrait pas s’étendre sur le temps où la pression mécanique est établie (aucune réponse inflammatoire associée à la stabilisation des nanoparticules magnétiques n’a été trouvée). Après environ un mois, nous attendons le développement de tumeurs chez les animaux et l’inconfort qui y est associé, principalement une perte de poids et diarrhée, qui peut être observée dans les premières semaines après le développement de la tumeur. Un groupe de souris sera injecté par voie intrapéritonéale avant l’implantation de l’aimant et l’injection de particules magnétiques afin d’éliminer la population de cellules souches. Cela peut provoquer une gêne superficielle momentanée due à la piqûre qui ne devrait pas perdurer dans le temps. L’effet d’éliminer les cellules souches intestinales réduit la capacité du tissu à se régénérer et en conséquence induit une diminution de sa fonctionnalité qui peut se traduire en une perte de poids.

Les animaux sont mis à mort pour des analyses post-mortem

Les questions auxquelles on cherche à répondre dans ce projet ne peuvent être abordées expérimentalement sans l’utilisation d’animaux en raison de la complexité présentée non seulement par l’architecture et l’arrangement des organes in vivo, mais aussi par leur interrelation et leur rétroaction avec les systèmes immunitaire et circulatoire. Le modèle de souris est le plus approprié pour le développement expérimental de ce projet en raison de plusieurs aspects, notamment la caractérisation approfondie des mutations à utiliser, ainsi que la maladie et la réponse immunitaire dirigée contre elle. De même, tous ces aspects ont une forte homologie avec l’homme, la souris étant un excellent modèle pour les études précliniques des maladies humaines. Les alternatives de Remplacement partielles ou complètes telles que les approches in vitro ou ex vivo comme les cultures de cellules tumorales ou les organoïdes ne peuvent pas imiter avec précision la croissance tumorale in vivo, notamment les pressions de croissance mécaniques associées qui provoquent l’activation des cellules souches cancéreuses. L’utilisation des souris transgéniques comme modèles pathologiques est actuellement le seul moyen d’aborder la problématique de ce projet fondamental. Les questions posées requièrent une complexité tissulaire qui ne peut être récapitulée qu’in vivo.

Les résultats obtenus dans nos projets précédents nous ont permis de Réduire et d’ajuster le nombre minimal de souris par condition nécessaire pour obtenir de résultats statistiquement fiables. Les analyses par colonoscopie in vivo tout au long des expériences à temps long nous permettent également de Réduire le nombre total des souris utilisées.

L’implantation de l’aimant et l’injection de particules aimantées seront réalisées sous anesthésie et après injection d’un analgésique pour Réduire la douleur post-opératoire. Pour éviter la déshydratation de la cornée un gel ophtalmique hydratant sera déposé sur les yeux. Des soins désinfectants seront administrés après mise en place sous-cutanée de l’aimant avec un contrôle de la cicatrisation de la plaie. Les souris seront pesées 2 fois par semaine et, en cas de déshydratation (maintien d’un pli cutané dorsal), une réhydratation sera réalisée d’une injection intrapéritonéale de Lactate Ringer avec présentation d’un gel alimentaire. Les animaux seront surveillés quotidiennement) et les expériences seront contrôlées pour minimiser et prévenir la douleur chez les souris. Un maximum de 4 souris par cage sera autorisé en raison du risque accru de diarrhée après le traitement. Pour analyser la croissance tumorale, des analyses d’imagerie in vivo seront effectuées. Toutes les expériences d’imagerie seront réalisées sous anesthésie et seront effectuées par une équipe de 2 personnes si nécessaire et ne dureront pas plus de 20 minutes par animal. Pour toutes les techniques d’imagerie, un gel oculaire et des tapis chauffants seront utilisés pour minimiser l’inconfort et l’hypothermie. Une grille de score est mise en place pour évaluer de façon objective l’état des animaux et sera utilisée afin d’intervenir rapidement sur la douleur et l’inconfort et arrêter l’expérimentation avant des signes de douleur.

Ce projet nécessite l’utilisation d’un modèle animal anatomiquement proche de l’humain en vue d’une application clinique chez l’homme. La souris est le modèle de choix pour les expériences menées en cancérogenèse. La souche de souris choisie contient une mutation génétique importante sur le gène APC connue pour jouer un rôle prépondérant dans le développement du cancer du côlon chez l’homme (80% des tumeurs du côlon humain possèdent cette mutation). Elle est donc depuis longtemps reconnue comme le modèle de choix pour le développement spontané de tumeurs intestinales. L’utilisation des souris sauvages et transgéniques comme modèles pathologiques est actuellement le seul moyen d’aborder la problématique de ce projet ayant comme but la description de l’influence des contraintes mécaniques dans les processus d’initiation et de progression tumorale avec une possible application pharmacologique thérapeutique associée chez l’homme.