Les puces à ADN ciblent le cancer

En préparation d'une intervention chirurgicale mineure, John Leventhal avait besoin d'une radiographie pulmonaire de routine. Lorsque le médecin de New Haven, CT, a rejoint le radiologue qui examinait le film, il a été choqué par ce qu'il a vu : une tache opaque au fond de son poumon. En tant que médecin, dit Leventhal, on vous a appris à la faculté de médecine que lorsque vous voyez une telle masse, cela signifie un cancer du poumon. La formation médicale de Leventhal lui a également appris que pour confirmer le diagnostic, ses médecins devraient ouvrir sa cage thoracique pour obtenir un morceau de tissu suspect qui serait examiné de près par un pathologiste - une opération extrêmement douloureuse et dangereuse. Le week-end avant cette opération, Leventhal est parti en vacances au ski en famille. Il se souvient avoir pensé : C'est la dernière fois que je vais skier pendant très, très longtemps.

C'était il y a cinq ans. Aujourd'hui, la façon dont la profession médicale traite le cancer pourrait être sur le point de changer. À peu près au même moment où Leventhal a subi
chirurgie, des chercheurs de l'Université de Stanford et de la start-up Affymetrix basée à Santa Clara, en Californie, commençaient à construire les premières puces à ADN. Plus communément appelées puces à ADN, ce sont des plaquettes de silicium, de verre ou de plastique recouvertes d'ADN capables d'analyser des milliers de gènes à la fois pour , par exemple, identifiez ceux qui sont actifs dans un échantillon de cellules. Maintenant, ces puces à ADN semblent prêtes à se joindre à la guerre contre le cancer. Les puces à ADN, prédit Richard Klausner, directeur du National Cancer Institute, vont avoir un effet énorme sur le diagnostic et le traitement de la maladie.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2001

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L'une des raisons de l'enthousiasme est que les puces à ADN offrent un tout nouveau moyen, potentiellement beaucoup plus précoce, plus simple et plus précis, de détecter les cellules cancéreuses. La plupart des formes de cancer passent inaperçues jusqu'à ce que des grumeaux, de la toux ou des douleurs se développent, auquel cas il est souvent trop tard. Et même alors, une fois qu'un pathologiste obtient une biopsie d'une tumeur, distinguer une forme de cancer d'une autre peut être difficile, voire impossible avec les techniques existantes, qui consistent à noter des distorsions dans l'architecture des cellules au microscope. De meilleures informations diagnostiques pourraient être utilisées pour prendre de meilleures décisions de traitement, faisant peut-être la différence entre la vie et la mort.

Au cours des deux prochaines années, les pathologistes prévoient de commencer à utiliser des outils basés sur des puces à ADN pour repérer les différences génétiques entre les cellules ; ces différences révélatrices pourraient être utilisées pour aider à détecter les cellules cancéreuses bien avant l'apparition des symptômes et pour distinguer un type de cancer d'un autre. En bref, les puces fourniront un profil génétique d'une cellule cancéreuse qui peut être lu comme la fiche d'un criminel. Le médecin saura d'où provient la cellule cancéreuse, jusqu'où elle a progressé et quelles thérapies fonctionneront le mieux pour arrêter sa croissance et sa propagation.

Leventhal a eu de la chance. Sa biopsie pulmonaire était négative et il était de retour sur les pistes l'hiver suivant. Mais il lui a fallu un mois pour se remettre de la chirurgie de biopsie, et aujourd'hui, il a une cicatrice de colère au milieu de sa poitrine pour lui rappeler l'épreuve. D'ici la fin de la décennie, il est probable qu'un patient comme Leventhal sera en mesure de sauter complètement les procédures de diagnostic invasives. Un dispositif basé sur une puce à ADN pourrait être en mesure de lire un échantillon d'expectoration directement dans le cabinet du médecin, en vérifiant les changements génétiques dans les cellules pulmonaires qui se détachent naturellement dans le liquide visqueux. Si les nouvelles sont mauvaises, le patient pourrait bien avoir une foule de nouvelles options de traitement. C'est parce que les puces à ADN accélèrent également la découverte de nouveaux et meilleurs médicaments contre le cancer. Nous sommes au seuil d'une nouvelle ère, déclare Klausner. Des technologies comme les puces à ADN nous diront non seulement que quelque chose ne va pas, mais aussi ce que c'est et ce que nous pouvons faire pour y remédier.

Vitesse de rassemblement

Avec un homme sur deux et une femme sur trois aux États-Unis susceptibles d'avoir un cancer à un moment de leur vie - et environ 560 000 Américains devraient mourir de la maladie cette année seulement, selon l'American Cancer Society - les progrès ne peuvent pas venir assez vite. Pas moins de 500 laboratoires de recherche universitaires et industriels utilisent déjà des puces à ADN pour développer de nouvelles images génétiques radicales de différents cancers. En 1999, le National Cancer Institute à lui seul a fourni 4,1 millions de dollars à 24 institutions universitaires américaines de lutte contre le cancer pour mettre en place ou moderniser des centres de puces à ADN. Pendant ce temps, les industries pharmaceutiques et biotechnologiques s'appuient sur les informations glanées sur les puces à ADN pour développer de nouveaux et meilleurs tests de diagnostic et des tests plus efficaces. médicaments anticancéreux avec moins d'effets secondaires. En effet, toutes les grandes sociétés pharmaceutiques et au moins une douzaine de sociétés de biotechnologie utilisent déjà des puces à ADN pour lutter contre le cancer.

Dans le même temps, de grandes entreprises manufacturières telles que Agilent Technologies, Corning et Motorola voient le potentiel des puces à ADN. Tous trois se sont alliés à des centres de recherche universitaires pour proposer des puces à ADN qui analyseront les gènes liés à des cancers spécifiques. Et bien qu'à l'heure actuelle, les puces à ADN soient beaucoup trop chères pour rivaliser avec les technologies de diagnostic existantes, l'implication de ces fabricants et de leurs installations de production pourrait faire baisser les prix jusqu'à 10 $ pour une puce, une fois que la production à grand volume sera lancée.

Bien sûr, pour que les puces à ADN aident à gagner la guerre contre le cancer, il faudra des efforts considérables et des années de développement ultérieur. D'une part, les puces à ADN génèrent des tonnes de données, et les chercheurs devront renforcer leurs capacités de calcul et définir des normes de données afin de donner un sens à tout cela ( voir Gene Babel , TR avril 2001 ). Et tout nouveau médicament ou dispositif de diagnostic devra faire ses preuves lors d'essais cliniques. Mais les premiers fruits des efforts déployés pour appliquer les puces à ADN aux nouveaux outils de diagnostic du cancer pourraient commencer à sauver des vies dès la fin de l'année prochaine. Les premiers médicaments anticancéreux développés à l'aide de puces à ADN entreront dans les essais humains à peu près au même moment, et des dizaines d'autres suivront. Avec tous ces nouveaux outils disponibles, les formes de cancer actuellement incurables pourraient, un jour, ne plus signifier des condamnations à mort.

Profils en Cancer

La première étape vers cette grande vision consiste à générer un profil des gènes qui sont activés ou désactivés lorsqu'une cellule normale devient cancéreuse. Alors que la plupart des gènes sont calmes dans une cellule donnée à un moment donné, ceux qui sont actifs ou exprimés, en disent long sur la santé de cette cellule. Et bien que beaucoup d'entre nous aient tendance à penser que les maladies sont causées par des gènes particuliers, disons le gène de la maladie de Huntington ou de la mucoviscidose, la plupart des maladies impliquent en fait des interactions complexes entre un grand nombre de gènes différents. Cependant, tout comme les empreintes digitales d'une personne peuvent être distinguées de pratiquement toutes les autres par un petit nombre de différences, une sorte d'empreinte génétique, impliquant peut-être une centaine de gènes actifs ou même moins, pourrait distinguer les cellules présentant même les tout premiers signes de cancer.

La beauté d'utiliser une technologie comme les puces à ADN pour trouver ces empreintes digitales, dit Klausner, est que nous ne sommes pas limités par des connaissances ou des notions préconçues. En d'autres termes, les chercheurs sur le cancer n'ont plus à biaiser leurs expériences en examinant individuellement les gènes qu'ils soupçonnent d'être impliqués dans un cancer particulier. Au lieu de se concentrer sur un seul gène, explique Louis Staudt, chercheur au National Cancer Institute, avec les puces à ADN, nous pouvons examiner l'ensemble du génome et laisser la cellule cancéreuse nous dire quels sont les gènes importants.

Le projet phare des efforts du National Cancer Institute pour démontrer la validité de l'approche par puce à ADN est le projet de profilage moléculaire lymphome/leucémie, qui est dirigé par Staudt. L'étude porte sur le lymphome diffus à grandes cellules B, un cancer relativement courant des globules blancs qui affecte plus de 15 000 personnes aux États-Unis chaque année. Lorsque les oncologues administrent à ces patients des traitements de chimiothérapie standard, environ 40 % répondent rapidement. Leur cancer fond et la majorité sont encore en vie cinq ans après le diagnostic. Mais sur ces 60 pour cent restants, la plupart n'ont pas cette chance. Le cancer peut entrer en rémission brièvement, mais quand il revient, il revient avec vengeance. Quelques patients bénéficient à ce stade de radiothérapies et de greffes de moelle osseuse, mais pour la plupart, il est déjà trop tard pour arrêter la propagation de la maladie. Il est clair que les deux groupes ont quelque chose de différent, mais au microscope d'un pathologiste, leurs cellules cancéreuses semblent identiques.

La réponse surprenante est que ces patients réagissent différemment au traitement car, en fait, ils souffrent de types de lymphomes complètement différents. En utilisant ce qu'ils ont surnommé une Lymphochip, une puce à ADN Affymetrix personnalisée, Staudt et un groupe de Stanford dirigé par le généticien David Botstein ont découvert des différences génétiques distinctives entre les cancers chez les patients atteints d'un lymphome à grandes cellules B décédés et ceux qui ont survécu. J'ai été époustouflé par ce que nous avons trouvé, dit Botstein. En fait, ils examinaient deux maladies différentes. C'est remarquable, dit Staudt. Nous avons trouvé quelque chose dans cette maladie qui n'avait pas été détecté pendant toutes les années où les pathologistes l'examinaient.

Des projets similaires sont actuellement en cours pour dresser le profil de diverses formes de cancer, allant de différents types de mélanome au cancer du côlon. La plupart des autres cancers présentent des images similaires à celles du lymphome : certains patients s'améliorent et d'autres non, mais il est impossible de prédire qui répondra aux thérapies. S'il existait un moyen d'identifier les patients qui ne répondront pas à la chimiothérapie standard, les médecins pourraient se tourner immédiatement vers des traitements alternatifs et sauver des vies. En effet, dit Pat Brown, un généticien de l'école de médecine de l'Université de Stanford qui a aidé à inventer l'un des deux principaux types de puces à ADN, la même histoire sort pour un tas de cancers que nous examinons - les cancers avec des résultats cliniques différents ont des sous-types moléculaires différents. . Et connaître le sous-type précis de cancer dont souffre un patient pourrait aider les médecins à choisir les bons traitements, dès le départ.

Perfectionner la détection

Une fois que les chercheurs connaîtront les empreintes digitales de différents cancers, ils seront en mesure de fabriquer des puces à ADN personnalisées que les médecins pourront utiliser pour diagnostiquer les patients avec une précision sans précédent. Selon Staudt, les manuels sur le diagnostic du cancer vont être réécrits au cours des trois à quatre prochaines années. [Le diagnostic basé sur les puces à ADN] deviendra très bientôt une technologie de routine.

Mais la capacité de lire des changements génétiques subtils pourrait permettre aux médecins de faire plus que de déterminer l'identité exacte d'un cancer ; cela pourrait également les aider à lire les signes avant-coureurs indiquant que les cellules normales sont sur le point de devenir cancéreuses, bien avant que de tels changements ne soient évidents pour un pathologiste. C'est en tout cas ce qu'espère le généticien du cancer de l'Université de Floride du Sud, Melvyn Tockman. Lui et ses collègues travaillent sur une méthode de détection précoce du cancer du poumon, une méthode qui pourrait faire de la cicatrice de John Leventhal une relique de l'âge médical des ténèbres.

Les chercheurs prélèvent des échantillons d'expectorations d'anciens fumeurs et utilisent des puces à ADN pour analyser quels gènes sont actifs dans les cellules pulmonaires. En comparant le profil génétique de ces cellules endommagées aux profils de cellules pulmonaires saines et cancéreuses, Tockman espère trouver l'empreinte digitale qui indique qu'un cancer est sur le point de se former. À l'avenir, un patient à risque de cancer du poumon pourrait subir un simple test basé sur une puce à ADN pour cette empreinte génétique à chaque fois qu'il se rendrait à son examen régulier.

C'est dans quelques années, mais le gain initial des puces à ADN dans la détection du cancer pourrait arriver encore plus tôt. Les chercheurs utilisent déjà les puces pour identifier des protéines révélatrices pouvant être détectées par des outils conventionnels de dépistage du cancer. Si un cancer a cent gènes exprimés de manière unique, explique Mohan Iyer, vice-président du développement commercial à Santa Clara, en Californie, diaDexus, le succès consiste à trouver une [des protéines pour lesquelles ces gènes codent] qui peut être utilisée dans un test sanguin simple pour dépister les individus pour le cancer. Si une protéine s'avérait unique à un certain cancer, dit Iyer, l'équipement hospitalier standard pourrait facilement la détecter dans un échantillon de sang.

Avec des outils de puces à ADN aidant désormais à identifier les protéines associées au cancer du sein, du poumon, du côlon et de l'ovaire, pour n'en nommer que quelques-unes, Incyte Genomics, Corning et une poignée d'autres sociétés développent de nouvelles méthodes de dépistage à base de protéines pour le diagnostic des maladies . Ces nouveaux tests devraient commencer à arriver dans les laboratoires de diagnostic d'ici deux ans environ.

Remèdes, Rapidement

Mais de meilleurs diagnostics ne commenceront à faire une réelle différence que lorsqu'ils seront associés à des traitements plus efficaces, des traitements affinés pour lutter contre des types particuliers de cancer. Même si vous pouvez distinguer 50 lymphomes différents, explique Michael Kashgarian, pathologiste de la faculté de médecine de l'Université de Yale, qu'importe qu'il s'agisse de type A ou de type Z si le traitement est le même ?

Dans ce domaine de la découverte de médicaments anticancéreux, les puces à ADN jouent également un rôle clé. Tout comme l'analyse rapide d'un grand nombre de gènes aide à profiler le cancer pour un meilleur diagnostic, elle fournit également des indices précieux sur la façon d'attaquer les cellules cancéreuses.

Les chercheurs ont longtemps cru que le développement de nouvelles thérapies commencerait par la découverte de gènes associés au cancer, mais les deux dernières décennies ont été remplies de déceptions. Stephen Friend, autrefois chercheur en oncologie au Whitehead Institute for Biomedical Research à Cambridge, MA, et maintenant directeur général de Rosetta Inpharmatics à Seattle, blâme ce qu'il appelle l'approche de mon gène préféré. Les chercheurs biomédicaux passeraient des années à traquer un gène associé à un cancer particulier, puis partiraient du principe que ce gène, ou la protéine pour laquelle il a codé, constituerait une excellente cible pour de nouveaux médicaments. Mais, dit Friend, il y avait des chances que dans 999 cas sur 1 000, vous vous trompiez. Très peu de gènes agissent seuls et dans des relations aussi simples et directes avec le corps pour provoquer des maladies. Dieu, étions-nous stupides ! il dit.

Friend est maintenant convaincu que les technologies telles que les puces à ADN qui permettent aux chercheurs de trouver tous les gènes impliqués dans une maladie sont la voie à suivre. (Rosetta joue un rôle dans ces recherches en vendant des logiciels et d'autres services de lecture de puces à ADN.) Les puces à ADN peuvent non seulement aider à identifier toutes les cibles médicamenteuses potentielles pour un type de tumeur donné, mais elles peuvent également aider à exclure les gènes actifs dans tissus sains. De cette façon, les fabricants de médicaments peuvent développer des traitements précisément ciblés qui tuent les cellules cancéreuses sans endommager d'autres parties du corps. ne prenez pas d'effets secondaires indésirables.

Eos Biotechnology, une entreprise du sud de San Francisco qui développe de nouvelles thérapies contre le cancer à l'aide des puces à ADN de son partenaire Affymetrix, parie qu'il a raison. Dans les laboratoires de l'entreprise, le vice-président de la recherche en génomique, David Mack, tient l'une de ces puces, qui contient pratiquement l'ensemble des gènes humains. La capacité de générer le génome humain sur une puce aujourd'hui est incroyable, dit-il. Eos utilise les puces comme plate-forme sur laquelle comparer l'activité génétique dans des cellules humaines normales et, disons, une cellule de cancer du sein. Les ordinateurs peuvent alors trier les gènes qui ne sont actifs que dans la cellule malade. De plus, ils peuvent sélectionner uniquement les gènes qui présentent les meilleures cibles pour les médicaments.

Dans le paradigme traditionnel du développement de médicaments, une fois que les chercheurs ont identifié un ensemble de cibles potentielles, ils commencent à trébucher sur des essais sur des animaux et sur des humains, avec des suppositions éclairées sur les médicaments potentiels qui pourraient être efficaces contre une cible donnée, et lesquels de ces médicaments candidats pourraient ont des effets secondaires toxiques. Très souvent, ce n'est que beaucoup plus tard dans le processus que les problèmes d'un candidat deviennent apparents, ce qui coûte énormément de temps et d'argent.

En revanche, Eos continue d'utiliser des puces à ADN et d'autres techniques génomiques à haut volume pour tester les médicaments, en prédisant mieux lequel sera le plus efficace et le moins toxique avant même que des tests plus coûteux ne commencent. la science maintenant, qui n'a pas été le paradigme précédent.Grâce en partie à l'utilisation de puces à ADN, la société prévoit au cours de l'année à venir de commencer les tests cliniques de son premier médicament, qui attaque la capacité d'une tumeur à générer son propre approvisionnement en sang vital -avec plus d'une douzaine d'autres médicaments anticancéreux qui devraient suivre rapidement. La promesse de ces technologies d'avoir un impact sur les patients est enfin là, dit-il.

Alors que les puces à ADN n'existent que depuis cinq ans environ, elles ont déjà aidé à intégrer un certain nombre de nouveaux médicaments dans les pipelines des sociétés pharmaceutiques et à identifier de nombreuses cibles potentielles de nouveaux médicaments et sources de diagnostic précoce. Avec ces avancées, il est probable que le traitement du cancer deviendra à la fois plus complexe et plus efficace au cours de la prochaine décennie. Finalement, l'empreinte digitale du cancer de chaque patient sera traitée avec le bon cocktail de médicaments ou la bonne combinaison de thérapies. Les médecins disposeront de nouveaux outils pour diagnostiquer et traiter les cancers beaucoup plus tôt - lorsque les chances de guérison sont bien meilleures - et pour surveiller les progrès d'un patient, en veillant à ce que les tumeurs ne développent pas de résistance au traitement.

Cela peut prendre plus d'une décennie avant que de telles pratiques ne deviennent la norme, mais si et quand elles le font, elles changeront tout pour des gens comme John Leventhal. Son (mauvais) diagnostic de cancer du poumon est venu quand il avait l'âge auquel son propre père a eu des nouvelles du cancer qui l'a finalement tué - un fait qui a attisé la terreur de Leventhal lorsqu'il a appris qu'il pourrait avoir un cancer. Mais si ses enfants se retrouvent un jour dans la même situation, ils n'auront peut-être pas autant à craindre.

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