Un instrument scientifique du laboratoire national d’Oak Ridge du ministère de l’Énergie pourrait aider à créer un traitement anticancéreux non invasif dérivé d’une plante tropicale commune.
La pancratistatine est un composé chimique présent dans le lys araignée, une fleur hawaïenne indigène. Contrairement aux traitements traditionnels, il tue les cellules cancéreuses tout en préservant les cellules saines.
Jusqu’à récemment, le fonctionnement de la pancratistatine a mystifié les scientifiques, obscurcissant l’espoir de nouveaux traitements potentiels. Mais après avoir mené des expériences sur les neutrons à l’ORNL, des étudiants de l’Université de Windsor ont acquis des connaissances fondamentales sur la mécanique de la pancratistatine qui pourraient ouvrir de nouvelles portes à des traitements contre le cancer bien améliorés.
« En expérimentant des extraits cellulaires ici au laboratoire, nous nous appuyons sur des travaux antérieurs pour obtenir une image plus détaillée de la pancratistatine », a déclaré Stuart Castillo, candidat au doctorat à l’UWindsor à la tête de l’étude. « Notre espoir est de créer une nouvelle voie pour le traitement du cancer qui n’endommage pas les cellules saines. »
La source de neutrons de spallation de l’ORNL fournit l’une des rares lignes de faisceaux de neutrons au monde capables d’effectuer les types de mesures nécessaires à l’étude. L’instrument Neutron Spin Echo a permis aux étudiants de mesurer simultanément la dynamique cellulaire en angströms et microsecondes. Un angström équivaut à un dix-milliardième de mètre. Une microseconde équivaut à un millionième de seconde.
Les tumeurs cancéreuses commencent par une prolifération de cellules, un processus qui commence dans les mitochondries, les parties d’une cellule qui produisent de l’énergie. En théorie, les cellules cancéreuses reçoivent un afflux de cholestérol qui rigidifie les parois cellulaires des mitochondries, ou membranes, arrêtant leur communication avec d’autres parties de la cellule. Ensuite, les mitochondries deviennent voyous, provoquant une surmultiplication des cellules.
Un pas en arrière, un bond en avant
Il y a des décennies, les scientifiques ont utilisé des cellules vivantes pour découvrir l’effet de la pancratistatine sur le cancer. Dans ces premières expériences, la pancratistatine a déclenché avec succès l’apoptose, ou la mort cellulaire, dans les cellules cancéreuses testiculaires, mammaires, hépatiques, pancréatiques et nerveuses. Depuis lors, la recherche s’est limitée à des expériences sur des membranes synthétiques jusqu’à ce que l’on puisse en savoir plus sur ce remède naturel. L’expérimentation de matériaux synthétiques permet aux chercheurs de mieux comprendre des changements spécifiques sans les variables qui accompagnent les systèmes vivants.
« Ce que nous disons à propos du travail avec des membranes synthétiques, c’est qu’elles ne sont jamais représentatives à 100% d’une cellule et ne le seront jamais. La communauté scientifique dans son ensemble veut éventuellement passer de ce modèle synthétique de base à un modèle cellulaire plus réaliste », a déclaré un diplômé de l’UWindsor. chercheur Maksymilian Dziura. « Nous voulons utiliser des cellules vivantes pour comprendre les cellules, mais y parvenir n’est pas facile. Nous devons bien comprendre le tableau avant de pouvoir passer lentement à l’utilisation de systèmes plus réalistes. »
Le SNS et son installation sœur, le High Flux Isotope Reactor, fournissent des outils essentiels pour aider les chercheurs à observer et à mesurer les matériaux à l’échelle atomique. Les neutrons sont particulièrement adaptés pour étudier les membranes biologiques, car les neutrons peuvent traverser des matériaux biologiques délicats sans les endommager. Avant de venir à l’ORNL, les étudiants ont montré que la pancratistatine raidissait les membranes mitochondriales synthétiques d’une manière qui déclenchait l’apoptose, fournissant la base pour travailler avec les cellules.
Les étudiants ont utilisé le spectromètre Neutron Spin Echo de SNS pour comparer comment la pancratistatine affecte les couches internes et externes des membranes des mitochondries dans les cellules cancéreuses et non cancéreuses.
« Nous examinons spécifiquement la rigidité de la membrane, son épaisseur et la façon dont ces molécules se comportent les unes à côté des autres », a déclaré Dominik Dziura, chercheur diplômé de l’UWindsor. « L’idée est qu’une membrane saine sera flexible et bougera comme elle le devrait, se liant à d’autres récepteurs et membranes et permettant la communication entre les cellules, contrairement aux membranes cancéreuses. »
« Il y a tellement de choses que nous ne savons pas sur le cancer », a déclaré Isabelle Dib, chercheuse diplômée de l’UWindsor. « Et nous n’avons pas vraiment examiné les différences entre les membranes cellulaires cancéreuses et non cancéreuses. C’est une nouvelle approche. »
L’équipe a également utilisé les laboratoires du Shull Wollan Center et du Center for Nanophase Materials Sciences de l’ORNL pour développer et préparer leurs échantillons.