Ett team av fysiker vid Institut Lumière Matière (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1), i samarbete med Cancer Research Center i Lyon (CNRS/INSERM/Université Claude Bernard Lyon 1/Center Léon Bérard/Hospices civils de Lyon), har visat potentialen hos en bildteknik som enbart baseras på tumörers fysiska egenskaper. Det kan differentiera populationer av maligna celler och övervaka hur effektiv en cancerbehandling är. Dessa resultat, publicerad i Fysiska granskningsbrev den 8 januari, 2019, bör hjälpa till med utformningen av nya terapeutiska molekyler och i anpassningen av behandlingar.

Trots en god förståelse för cancerens biologi, 90 procent av experimentella läkemedel misslyckas under kliniska prövningar. Forskare misstänker också att tumörernas mekaniska egenskaper påverkar sjukdomsprogression och behandlingseffektivitet. Även om vi kan utvärdera tumörelasticitet globalt, det är svårare att mäta lokal stelhet djupt ner och se om tumörens kärna motstår penetrering av terapeutiska vätskor. För att undersöka dessa fysiska egenskaper, forskarna använde en avbildningsteknik utan kontakt som inte kräver användning av kontrastmedel, och stör därför inte vävnadens funktion, utnyttja materiens naturliga oändliga små vibrationer.

För att sammanfatta beteendet hos kolorektala tumörer in vitro, forskarna skapade organoider, sfärer med diameter 0,3 mm bildade genom aggregering av tumörceller. De fokuserade en röd laserstråle på dessa föremål. Provets oändliga vibrationer, genereras genom termisk omrörning, ändra mycket lätt färgen på ljusstrålen som lämnar provet. Genom att analysera detta ljus, en karta över modellens tumörers mekaniska egenskaper skapas. Ju mer styvt området som skannas av lasern, desto snabbare vibrationer, och, på ett sätt som är jämförbart med Doppler -effekten, desto större färgförändring.

Från organoider bestående av två cellinjer med olika maligniteter, forskarna har visat att de kunde skilja de två celltyperna från deras mekaniska egenskaper. Sådan information är avgörande eftersom den kan göra det möjligt att förfina diagnos från biopsianalys och ge bättre bedömning av tumörkvalitet. Lokala variationer i mekaniska egenskaper efter en läkemedelsbehandling har också övervakats med denna teknik:tumörens centrum förblir styv längre än kanten, visar behandlingens effektgradient. Så lokal mätning av mekaniska egenskaper kan bekräfta den totala förstörelsen av tumören och hjälpa till att välja en så låg behandlingsdos och varaktighet som möjligt.

Detta tillvägagångssätt gör det möjligt att undersöka effekten av mekaniska egenskaper på det terapeutiska svaret. Det borde leda till mer prediktiva tumörmodeller in vitro för att testa nya terapeutiska molekyler och för kombinerade terapier, som verkar till exempel på vävnadsstyvhet för att påskynda penetrationen av aktiva molekyler i mitten av tumören. Det kan också ge nya indikatorer för att vägleda kliniker i personalisering av terapier.