Projet ANR-12-BS09-0020 – TRANSMIG : Migration transendothéliale de cellules cancéreuses
Programme : Blanc - SIMI 9 - Sciences de l'Ingénierie, Matériaux, Procédés, Energie (Blanc SIMI 9)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Claude* VERDIER* (Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy))
Partenaires : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique; Laboratoire Interdisciplinaire de Physique
Montant : 350000.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Migration transendothéliale de cellules cancéreusesCe projet vise à comprendre les phénomènes mis en jeu lors de la transmigration des cellules tumorales au travers de la paroi endothéliale. A l'aide de deux outils, l'AFM (Microscopie de Force Atomique) et la TFM (Microscopie de Forces de Traction), nous proposons de déterminer les forces exercées lors de la transmigration des cellules tumorales. Grâce à ces outils, nous comparerons des lignées de cellules cancéreuses d'invasivité différente.
Comprendre les mécanismes de la transmigration de cellules tumoralesLe cancer se développe surtout à cause de la formation des métastases issues de tumeurs initiales. Notre objectif est d'enrayer la maladie en agissant au moment où les cellules cancéreuses traversent la paroi endothéliale. La déformabilité, l'adhésion, les forces mécaniques, et le couplage de ces mécanismes seront étudiés grâce à l'expertise des équipes de physique et biologie.
Approche couplée de l'AFM et la TFML'idée originale consiste à étudier comment une cellule cancéreuse attachée sur un levier AFM interagit avec les cellules endothéliales et passe au travers. Ceci sera abordé en plusieurs étapes. D'abord des billes, ou des billes fonctionnalisées seront utilisées, et enfin une cellule cancéreuse sera placée sur le levier. En même temps, les forces horizontales seront mesurées par TFM au niveau du substrat localisé sous les cellules endothéliales. Cela donnera une image complète du champ de forces exercé.
Résumé de la soumission : Ce projet a pour objectif de comprendre la transmigration de cellules cancéreuses au travers de l'endothélium : durant la formation et la croissance des tumeurs, certaines cellules parviennent à s'échapper de la tumeur initiale pour passer dans le sang et se déplacer ainsi sur de longues distances. Elles peuvent ensuite quitter le réseau vasculaire en migrant au travers de l'endothélium et coloniser d'autres tissus en formant des tumeurs secondaires (métastases). Ce processus nécessite des propriétés adhésives et rhéologiques particulières des cellules cancéreuses. L'étude des interactions entre cellules cancéreuses et cellules endothéliales est un problème fondamental encore peu compris, contrairement à la diapédèse des leucocytes.Nous proposons d'aborder ce mécanisme de transmigration en utilisant deux techniques expérimentales, couplées à une modélisation et des simulations numériques. La méthode de Microscopie à Force de Traction (TFM) et la Microscopie à Force Atomique (AFM) seront utilisées afin de mesurer les forces (verticales en AFM, et horizontales en TFM) exercées par une cellule cancéreuse au contact de l’endothélium. Ensuite un modèle adapté sera utilisé pour tester différentes hypothèses de ce processus. Ce modèle donnera lieu à des simulations numériques utilisant la méthode des éléments finis (FEM).Le consortium est composé de deux équipes localisées à Grenoble. La première (LIPHY) est composée de biomécaniciens et biophysiciens experts en AFM, TFM, modélisation et simulation. La seconde équipe (IAB) est dirigée par des biologistes avec une expertise reconnue dans le domaine des cellules endothéliales (EC) et de la transmigration de cellules cancéreuses. Les deux équipes collaborent et ont publié conjointement une dizaine d'articles sur les cinq dernières années.Le programme suivant est proposé, partant d'expériences modèles et allant vers la situation la plus complète.Tout d'abord, les interactions entre une sonde sphérique ("leurre" attaché à un levier d'AFM) et une monocouche de cellules endothéliales seront étudiées. Des forces seront appliquées aux jonctions et les forces latérales mesurées par TFM grâce aux déplacements de billes placées dans un gel sous l'endothélium. Ensuite, la même expérience sera réalisée en utilisant une sonde fonctionnalisée (avec des protéines d'adhésion à tester). Enfin, différentes cellules cancéreuses seront utilisées en contact avec l'endothélium. Des expériences préliminaires de faisabilité ont déjà été validées par les partenaires. Des informations supplémentaires concernant les zones d'adhésion focales et le cytosquelette seront obtenues en microscopie de fluorescence, au moyen de cellules transfectées (lignées de cellules épithéliales cancéreuses de la vessie).L'étude de ces phénomènes sera abordée de manière théorique. Divers scénarios seront considérés tels que l'invasion coopérative, ou basée sur l'adhésion différentielle, ou encore les effets mécaniques (i.e. les forces exercées par des cellules sur d'autres cellules). Des simulations numériques par éléments finis seront réalisées afin de tester les différents modèles.Les résultats escomptés sont essentiellement une meilleure compréhension de la transmigration, aux niveaux physique et biologique, car peu d'études y sont consacrées jusqu'à présent ; les outils proposés sont innovants et n'ont jamais été utilisés dans ce contexte. Les deux équipes possèdent une expertise dans les domaines relatifs au projet, et ont démontré leur capacité à mener à bien des recherches communes. De plus, elles sont localisées dans un périmètre proche, ce qui facilitera la réalisation du projet. L'objectif majeur sera la publication d'articles scientifiques et de thèses.L'équipement nécessaire à la réalisation du projet est déjà disponible. Le besoin essentiel est le recrutement d'un doctorant et d'un postdoctorant (un biomécanicien et un biologiste) ainsi que du fonctionnement. Ce projet n'a jamais été financé par l'ANR.
Résultats : Les résultats incluent :
- la mesure du champ de forces précédemment évoqué
- l'influence de l'invasivité des cellules cancéreuses
- l'élaboration d'un modèle mécanique à l'échelle cellulaire
- la simulation de ce modèle permettant de reconstruire la transmigration en termes de forces
Des publications doivent venir compléter ces résultats
Perspectives : Lorsque ces résultats seront obtenus, nous pourrons tester différentes cellules cancéreuses et comparer leur comportement avec celui du modèle, tenant compte des propriétés de volume (cytosquelette) et de surface (molécules d'adhésion). Ceci nous permettra de proposer l'utilisation de drogue ciblant le cytosquelette ou les molécules d'adhésion, ou encore les deux, à des fins thérapeutiques.
Publications et brevets : Y. Abidine, V.M. Laurent, R. Michel, A. Duperray, C. Verdier, Microrheology of complex systems and living cells using AFM, Comput. Methods Biomechanics Biomed. Eng, in press (2013)
R. Michel, V. Peschetola, J. Etienne, A. Duperray, G. Vitale, D. Ambrosi, L. Preziosi, C. Verdier, Mathematical framework for Traction Force Microscopy, in press, ESAIM Proceedings (2013)
V. Peschetola, V. Laurent, A. Duperray, R. Michel, D. Ambrosi, L. Preziosi, C. Verdier, Time-dependent traction force microscopy for cancer cells as a measure of invasiveness, Cytoskeleton, 70, 201-214 (2013)