Mesurer la chimie du cancer du sein grâce à un dispositif en papier intelligent

Contexte et importance – En 2020, le cancer du sein a causé 5 100 décès et 27700 nouveaux cas ont été diagnostiqués au Canada. Les tumeurs interagissent avec leur environnement pour maintenir leur croissance. La sécrétion de facteurs de croissance, principalement le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF), stimule la formation de nouveaux vaisseaux sanguins alimentant la tumeur, un phénomène connu sous le nom d’angiogenèse. Ceci entraîne des variations chimiques dans le microenvironnement tumoral. Cependant, ces altérations sont souvent négligées et difficiles à mesurer in situ.

Le papier est de plus en plus utilisé pour fabriquer des systèmes bioanalytiques et microfluidiques. Ces puces sont préparées par impression ou découpe. Des cellules peuvent être cultivées sur papier dans un gel de matrice extracellulaire (ECM). Les domaines des organes sur puce et des organoïdes visent à émuler certaines fonctions d’un organe réel en faisant croître des cellules en des structures biologiquement pertinentes, généralement dans des puces dédiées. Les techniques électroanalytiques offrent ici des opportunités inégalées pour des mesures sur puce : rapidité, haute sensibilité, faible coût et portabilité.

But(s)/Objectifs de recherche- Un modèle d’angiogenèse tumorale sur papier sera construit pour caractériser la chimie du cancer. La production de monoxyde d’azote (NO) via le contrôle chimique angiogénique de la tumeur sur l’endothélium sera ainsi mesuré électrochimiquement. Cette information chimique précise, l’empreinte NO du système, fournira des indications précieuses sur la communication cellulaire au cours de l’angiogenèse tumorale.

Méthodes / Approches – La méthodologie est organisée autour de 3 objectifs :
Objectif 1- Optimiser les capteurs électrochimiques imprimés sur papier pour le NO. Les limites de détection seront dans le nanomolaire. La sensibilité, la sélectivité et la biostabilité seront des marqueurs critiques
Objectif 2- Établir une puce et un protocole permettant simultanément la culture cellulaire et la détection électrochimique sur papier. Un modèle d’angiogenèse induite par le VEGF sera mis en place et établira le concept d’empreinte électrochimique.
Objectif 3- Réaliser un modèle de co-culture angiogenèse/tumeur du sein sur papier et caractériser son empreinte électrochimique. L’impact chimique de différentes drogues sera testé.

Ce projet biomédical est fortement interdisciplinaire et regroupe plusieurs domaines couvrant tous les aspects du projet (électroanalyse, biologie cellulaire, microsystèmes, physiologie tumorale). Un corpus important de résultats préliminaires appuie la faisabilité du projet.

Résultats attendus – Le résultat principal sera la fabrication de systèmes abordables pour la caractérisation des tissus artificiels à haut débit. Des dynamiques chimiques difficiles à mesurer avec des techniques standard seront étudiées quantitativement.
Au-delà de ce projet, la technologie offrira la possibilité d’intégrer des cellules humaines primaires, obtenues à partir de biopsies, pour construire un avatar biologique (i.e. un modèle d’une tumeur spécifique prédisant l’efficacité d’un traitement pharmacologique). Les empreintes chimiques des réseaux cellulaires amélioreront la caractérisation et le classement des cellules tumorales et affineront le pronostic.