Diagnostiquer les cellules cancéreuses à l’aide de biocapteurs bactériens
Le cancer reste l’une des principales causes de décès dans le monde, avec environ 8,2 millions de morts par an. Dans de nombreux cas, la mortalité n’est pas due à la tumeur primaire mais aux métastases, un processus alimenté par les cellules tumorales circulantes (CTC) qui s’échappent dans la circulation sanguine. Les CTC sont phénotypiquement hétérogènes, et différentes sous-populations contribuent de manière distincte aux métastases, à la résistance aux traitements et aux résultats cliniques. Leur caractérisation détaillée pourrait transformer le diagnostic des tumeurs et les stratégies de traitement personnalisé. Cependant, les méthodes conventionnelles se heurtent à une faible sensibilité, à une capacité de multiplexage limitée et à une dépendance vis-à-vis d’une infrastructure de laboratoire encombrante.
Convertir différentes technologies en un système unique
Le projet BIOCELLPHE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, entendait combler cette lacune en développant une approche radicalement nouvelle du profilage protéique des CTC individuelles. «L’objectif est de transformer la manière dont nous détectons des protéines spécifiques à la surface des cellules tumorales individuelles en intégrant les avancées les plus récentes en matière de nanotechnologie, de biologie synthétique, de microfluidique et d’intelligence artificielle (IA) dans une plateforme de diagnostic unique et facile à utiliser», explique la coordinatrice du projet, Isabel Pastoriza Santos. Les cellules expriment de multiples protéines à leur surface, qui sont souvent partagées avec d’autres types de cellules. Par conséquent, la détection et l’identification des CTC pour le diagnostic du cancer nécessitent la mesure simultanée de nombreux biomarqueurs protéiques. Pour isoler les CTC, le consortium a mis au point un dispositif de laboratoire sur puce(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) qui trie et piège passivement les gouttelettes contenant des cellules à partir d’échantillons de sang périphérique de patients atteints de cancer. Ces cellules sont soumises à une analyse moléculaire en aval.
Des bactéries modifiées en tant que capteurs vivants
Le concept repose sur des souches d’Escherichia coli génétiquement modifiées, conçues pour reconnaître des biomarqueurs protéiques spécifiques à la surface des CTC. Ces souches portent des récepteurs sur leur membrane externe, favorisant une fixation sélective sur des biomarqueurs cancéreux validés. L’adhésion spécifique des bactéries aux protéines cibles de la membrane cellulaire déclenche la production de composés chimiques à activité Raman, qui peuvent être détectés avec une très grande sensibilité à l’aide de la diffusion Raman exaltée de surface (SERS pour «surface-enhanced Raman scattering»)(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), grâce à leurs empreintes spectrales uniques. Pour atteindre cet objectif, le consortium a modifié les voies de signalisation et de métabolisme afin de produire des rapporteurs distincts à activité Raman, ce qui permet la détection simultanée (c’est-à-dire multiplexée) de plusieurs protéines. Des données préliminaires issues d’analyses cliniques ont montré que les bactéries modifiées pouvaient détecter et distinguer au moins trois protéines différentes de la membrane cellulaire sur les CTC. Ces résultats soulignent le potentiel du phénotypage multiplex dans des échantillons de patients réels.
Au-delà de l’état de l’art
Bien que l’intégration complète dans un dispositif de diagnostic unique reste un objectif futur, BIOCELLPHE a établi un nouveau cadre scientifique et technologique pour le profilage des protéines au niveau de la cellule unique. L’expertise pluridisciplinaire du consortium en matière de biologie synthétique, de nanotechnologie, de microfluidique et d’IA a permis de réaliser des progrès qui n’étaient pas envisageables auparavant. Les prochaines étapes comprennent l’optimisation, des études de validation clinique plus importantes et l’exploration de voies translationnelles. Le concept de BIOCELLPHE, qui consiste à utiliser des bactéries modifiées pour détecter des cibles extracellulaires, pourrait faire progresser l’oncologie de précision et les diagnostics biomédicaux en général. «Les bases posées dans le cadre du projet ouvrent la voie à des applications bien au-delà du cancer», souligne Isabel Pastoriza Santos.