Exploring the interaction between extracellular matrix components of bone marrow and prostate cancer cells in a novel 3D model

Lorsque le cancer se propage de son site d'origine vers les os, il se cache souvent dans une couche profonde et protectrice appelée la moelle osseuse. Cet environnement n'est pas seulement un espace de stockage passif ; c'est un quartier complexe rempli de cellules vivantes et d'une structure collante et structurelle connue sous le nom de matrice extracellulaire. Considérez cette structure comme l'échafaudage qui maintient le quartier ensemble. Depuis des années, les scientifiques savent que les cellules cancéreuses cachées dans cette moelle osseuse peuvent devenir dormantes, ou s'endormir, ce qui les rend invisibles pour les médicaments de chimiothérapie standard. Bien que les chercheurs aient étudié la façon dont les cellules cancéreuses communiquent avec leurs voisines, la manière spécifique dont ces cellules interagissent avec l'échafaudage collant lui-même est restée un mystère. Comprendre cette interaction est crucial car cela pourrait expliquer pourquoi certains patients font des rechutes des années après le traitement, lorsque des cellules dormantes se réveillent pour provoquer de nouvelles tumeurs dangereuses.

Une équipe de chercheurs de l'University of Rochester Medical Center s'est donné pour mission de résoudre ce casse-tête en construisant un nouveau modèle tridimensionnel qui imite l'échafaudage de la moelle osseuse. Au lieu de cultiver des cellules cancéreuses sur des boîtes en plastique plates, ce qui ne reflète pas la façon dont elles se comportent dans le corps humain, les scientifiques ont créé une éponge poreuse faite d'un matériau naturel trouvé dans les cordons ombilicaux. Ils ont éliminé toutes les cellules vivantes de ce matériau, ne laissant derrière elles que les protéines structurelles qui ressemblent à l'environnement de la moelle osseuse. Ils ont ensuite placé deux types courants de cellules de cancer de la prostate sur cette éponge pour voir comment elles réagiraient. L'objectif était d'observer si l'environnement physique seul pouvait modifier les cellules cancéreuses, les rendant résistantes aux médicaments ou les transformant en un état plus dangereux, de type souche.

Les résultats ont montré que l'environnement de l'éponge a eu un effet profond sur les cellules cancéreuses. Lorsque les cellules ont poussé au sein de cette structure tridimensionnelle, elles sont devenues nettement plus difficiles à tuer avec un médicament de chimiothérapie standard appelé Docetaxel. Les cellules ont également ralenti leur croissance, entrant dans un état de dormance similaire à la phase de sommeil qui leur permet de survivre au traitement dans le corps. Cependant, la découverte la plus frappante est que cet environnement n'affecte pas toutes les cellules cancéreuses de la même manière. Un type de cellule de cancer de la prostate, connu sous le nom de DU145, a commencé à changer d'identité. Après avoir passé une semaine sur l'éponge, un petit groupe de ces cellules, environ cinq pour cent du total, a commencé à présenter des marqueurs de cellules souches cancéreuses. Ce sont ces cellules rares au sein d'une tumeur qui ont la capacité unique de démarrer de nouvelles croissances et de résister à la thérapie. L'autre type de cellule qu'ils ont testé, PC-3, n'a pas subi cette même transformation, suggérant que la capacité de changer dépend du type spécifique de cellule cancéreuse impliquée.

Pour confirmer que ces cellules modifiées étaient effectivement plus dangereuses, les chercheurs ont pris le petit groupe de cellules altérées et les ont injectées dans des souris. Ils ont découvert que ces cellules pouvaient démarrer de nouvelles tumeurs avec beaucoup moins de cellules que les cellules cancéreuses originales et non altérées. Alors que les cellules originales avaient besoin d'un million pour former une tumeur, les cellules altérées pouvaient en démarrer une avec seulement quelques milliers. De plus, lorsque ces nouvelles tumeurs ont été examinées, elles présentaient des signes de propagation plus agressive. Les cellules avaient également changé de forme, devenant plus allongées et flexibles, un changement physique qui aide souvent les cellules cancéreuses à voyager à travers le corps. Cela suggère que l'échafaudage de la moelle osseuse fait plus que simplement abriter les cellules cancéreuses ; il peut activement reprogrammer un sous-ensemble d'entre elles en une forme plus résiliente et plus dangereuse.

L'étude souligne que la structure physique de la moelle osseuse joue un rôle critique dans la façon dont le cancer de la prostate se comporte. En créant un modèle qui imite fidèlement cette structure, les chercheurs ont pu voir comment l'environnement lui-même déclenche des changements dans les cellules cancéreuses. Ils ont observé que l'interaction entre la cellule et l'échafaudage peut induire un état de dormance et un passage vers une identité de type souche, qui sont des facteurs clés de la résistance au traitement. Bien que les chercheurs aient noté qu'ils doivent encore identifier exactement quelles parties de l'échafaudage provoquent ces changements, leur travail offre une voie claire pour l'avenir. Il suggère que pour prévenir le retour du cancer, les médecins devront peut-être cibler non seulement les cellules cancéreuses, mais aussi l'environnement spécifique qui leur permet de se cacher et d'évoluer. Ce nouveau modèle offre un outil puissant pour tester comment briser le lien entre le cancer et son habitat protecteur, ce qui pourrait mener à de meilleures façons de traiter la maladie métastatique.