La physique du cancer

Une fois n’est pas coutume, nous allons aborder aujourd’hui un thème qui concerne de près mon travail de thèse. Aux Etats-Unis, le financement de la recherche biomédicale publique se fait par le très prestigieux et puissant National Institute of Health (NIH). Pour la période 2009-2014, cet institut a lancé une grande campagne d’appel à projets, dotée de moyens conséquents, sur le thème « La physique du cancer ». Voilà un thème qui paraît bien paradoxal. Que peut apporter la physique, science des phénomènes inertes, à la compréhension d’une pathologie des organismes vivants ? Gageons que les décideurs du NIH ne sont pas de simples illuminés et essayons de comprendre pourquoi la recherche médicale a désormais besoin de la physique pour avancer dans sa lutte contre le cancer.

Qu’est ce que le cancer ?

« Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d’un tissu normal de l’organisme, de telle manière que la survie de ce dernier est menacée » (Wikipédia). Voilà pour une définition très générale du cancer. Comme nous le verrons, la situation est en fait plus complexe et le cancer n’est pas un concept unifié. Traçons quand même les grandes lignes communes à tous les types de cancer.
Au cours de la vie d’un organisme, de nombreuses cellules meurent et sont remplacées à l’aide de divisions de cellules saines. L’organisme est donc, lorsqu’il est en bonne santé, dans un état d’équilibre dynamique où sa structure globale est inchangée mais où les constituants individuels que sont les cellules sont renouvelés en permanence. Cependant, il peut arriver, très rarement, qu’une de ces divisions ne se passent pas correctement et que la cellule fille, résultant de cette division, ne soit plus saine en raison, par exemple, d’une erreur de recopie du génome de la cellule mère. L’organisme possède des défenses naturelles contre ces évènements et la grande majorité des cellules anormales sont très vite repérées et détruites. Il arrive pourtant qu’une de ces cellules échappe à la vigilance du corps et puisse s’y maintenir. Il se peut alors que cette cellule étrange ait acquis les caractéristiques d’une cellule cancéreuse. Ces caractéristiques sont les suivantes :
–    Les cellules saines ont une sorte d’horloge interne utilisant ce que l’on appelle les télomères. Sans rentrer dans les détails pourtant fascinants de ce mécanisme (dont la découverte a été récompensée par le prix Nobel de médecine ou physiologie en 2009), ces télomères posent une limite à la capacité de division de la cellule. Celle-ci ne peut pas se diviser indéfiniment. Les cellules cancéreuses, elles, perdent cette forme de contrôle et s’engagent donc dans un processus de division à l’infini.
–    La division d’une cellule saine ne se fait pas sans contrôle. En effet, comme on l’a dit, dans un organisme sain, la division sert surtout au remplacement de cellules mortes. Leur prolifération doit donc être controlée. Usuellement, les cellules s’envoient des signaux de proche en proche, ce qui leur permet de « connaitre » l’état général du tissu et, ainsi, de décider de s’engager ou non sur la voie de la division. Les cellules cancéreuses perdent aussi cette capacité de régulation de leur rythme de division. Quel que soit l’état global du tissu où elles apparaissent, elles ne peuvent plus lire les messages de leurs voisines et se divisent donc en permanence. Une unique cellule cancéreuse peut donc rapidement former une masse de cellules, qu’on appelle une tumeur. Celle-ci par la place qu’elle occupe dans l’organisme et par les ressources qu’elle doit y puiser pour survivre peut donc avoir des effets très nocifs sur le tissu dont elle provient.
–    Dans le même esprit, on a vu dans un autre article que les cellules portent en elles le mécanisme nécessaire à leur propre destruction que l’on appelle l’apoptose. Cette capacité est paradoxalement essentielle à la survie de l’organisme. Les cellules cancéreuses, là aussi, perdent cette capacité au « suicide contrôlé » et, ainsi, restent insensibles aux signaux envoyés par leurs voisines leur indiquant un dysfonctionnement du tissu et donc la nécessité de se suicider.

Les cellules cancéreuses, dont il existe de très nombreux types, possèdent d’autres propriétés caractéristiques qu’il serait fastidieux de lister ici mais les trois exemples que nous venons de donner sont centraux dans la capacité des cellules cancéreuses à connaître une croissance très rapide et non contrôlée, aboutissant, in fine à «  une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d’un tissu normal de l’organisme, de telle manière que la survie de ce dernier est menacée ».

Schema de principe de la divsion cellulaire normale et cancéreuse. Tiré de wikipedia.

L’aspect médical du cancer

On le sait, le cancer touche un nombre de personnes de plus en plus élevé. On se souvient par exemple de la campagne de sensibilisation lancée par l’Institut Curie en 2007, volontairement provocante. Aborder le cancer avec un regard de pur chercheur serait donc quelque peu déplacé. Si la compréhension des mécanismes cancéreux possède un intérêt de l’ordre de la connaissance, il ne faut pas perde de vue que cette phase de compréhension est aussi le premier pas vers le développement de nouveaux traitements. Quels sont donc les aspects plus médicaux du cancer, ceux qui, malheureusement, touchent la vie d’un grand nombre de gens ?

Campagne de publicité pour l’Institut Curie, 2007.

Evidemment, c’est là que les nouvelles sont mauvaises… Rappelons pour commencer que le cancer était déjà connu dans l’Antiquité et que certains textes de l’époque y font référence en particulier sous la plume du grand Hippocrate. En effet, cette masse de cellules incontrolées produit souvent sur l’organisme des régions plus dures et le toucher a longtemps été la seule méthode diagnostique utilisée pour le cancer. Cependant, la découverte que le cancer est une maladie locale d’un organe en particulier et non de tout le corps, ainsi que la mise à jour de son origine cellulaire, date de la fin du XVIIIème siècle grâce aux travaux entre autres de Perceval Pott, Xavier Bichat et Claude-Anthelme Récamier. La vision du cancer a donc changé avec le temps, passant d’une maladie générale à une maladie tissulaire puis à une maladie cellulaire et génétique, ce qu’elle est encore aujourd’hui.

Xavier Bichat, 1771-1802. Tiré de Wikipedia.

On voit donc déjà que l’idée selon laquelle le cancer serait une maladie moderne, résultant de nos modes de vie est, au moins partiellement, erronée. En effet, on a même retrouvé des traces de tissus cancéreux sur des fossiles de dinosaure. Cependant, il est indiscutable que le nombre de cancer est en augmentation croissante depuis plusieurs siècles, ce qui laisse à penser que nos modes de vie sont, en effet, responsables de cette augmentation. Il ne fait aucun doute que les développements de la chimie, de la technique, des sciences des matériaux ont fait entrer dans notre quotidien de plus en plus de substances potentiellement dangereuses, mais il y a un autre facteur essentiel expliquant cette multiplication des cancers, l’allongement de la durée de vie.
Comme on l’a vu dans un premier temps, une partie des cancers a une cause génétique, une mauvaise division cellulaire donne naissance à une cellule cancéreuse qui ne cherche alors plus qu’à se développer le plus possible. Or, ces divisions cellulaires ont lieu tout au long de la vie de l’organisme, du développement à la mort. Si l’on considère que l’âge de l’organisme n’a pas d’effet sur le risque d’apparition d’une cellule cancéreuse (ce qui n’est sans doute pas strictement vrai mais semble être une bonne approximation) alors on peut dire que l’apparition d’une cellule cancéreuse est rare (environ une fois sur plusieurs centaines de milliards de divisions en moyenne). Dire de nos jours que l’apparition d’un cancer est un événement rare peut sembler paradoxal mais, pourtant, d’un point de vue chiffré, cela reste vrai. Tout se passe comme ci une loterie interne à l’organisme avait lieu tous les jours, des centaines de fois par jour mais que la probabilité de perdre à cette loterie (n’allons pas comparer la cancérogénèse au fait de gagner à la loterie) est extrêmement faible. Les chances de perdre à cette loterie macabre ne varient pas dans le temps mais, l’âge avançant, le nombre de tirages effectués ne cessent d’augmenter et ainsi, plus l’organisme vieillit plus la chance qu’il ait eu un cancer à un moment ou à un autre augmente. Pour faire une comparaison, il en va de même avec la durée des vies des ampoules à filaments. Le nombre d’êtres humains atteints par un cancer avant leur 20 ans est très faible (comme le nombre d’ampoules grillant pendant le premier mois d’utilisation). En revanche, si l’on regarde la proportion de gens ayant eu un cancer avant leur 80 ans, celle-ci devient non négligeable (de l’ordre de 1 pour 3 environ, comme le nombre d’ampoules ayant grillé avant un an d’utilisation). Et ce pas nécessairement parce que ces personnes ont été exposées plus longtemps à des produits dangereux, mais tout simplement parce qu’ils ont vécu plus longtemps. Cela explique aussi, sans doute seulement en partie, la plus grande importance des cancers dans les pays développés à l’heure actuelle.
Le cancer apparaît donc comme une maladie du vieillissement, un obstacle biologique à la longévité des organismes. L’homme ayant réussi par les progrès de la médecine à éradiquer petit à petit un grand nombre de maladies mortelles arrivant tôt dans la vie, la proportion des décès par cancer ne pouvait qu’augmenter. Cette maladie apparaît donc, pour le moment, comme la nouvelle frontière pour l’espèce humaine dans son combat pour l’allongement de sa propre existence.
Malheureusement, les choses ne sont pas si simples. Nous l’avons dit, depuis le XVIIIème siècle, le cancer est une maladie assez bien connue et décrite. Pourtant, elle est devenue avec le temps l’une des premières causes de mortalité au monde, devenant ainsi l’une des maladies connues les plus complexes à soigner. La raison n’est pas à trouver dans l’inefficacité des chercheurs ou de leurs institutions, j’en sais personnellement quelque chose, mais plutôt dans une erreur sémantique originelle. En effet, on parle toujours du cancer, au singulier, comme d’une maladie au même titre que la grippe ou le rhume. La grippe, par exemple, est un terme qui englobe en effet plusieurs pathologies différentes (on parle de différentes souches de grippe: H1N1, H5N1, grippe saisonnière etc…). Cependant, toutes ses souches restent assez semblables, la développement de la pathologie chez l’humain a toujours la même cause (l’infection de l’organisme par un virus) et touche toujours les mêmes organes. De plus, le traitement de toutes les souches grippales reste assez semblable via l’utilisation d’antibiotiques et de vaccins. Il semble donc pertinent de rassembler toutes ces pathologies sous un seul terme.
La situation pour le cancer est très différente. En particulier, les causes du cancer sont multiples et peuvent varier énormément d’un type de cancer à un autre. Certains, comme le cancer du col de l’utérus, sont dus entièrement à une infection par un virus. Celui-ci en envahissant une cellule copie son patrimoine génétique au sein de son hôtesse qui change alors de propriétés et devient cancéreuse. On peut donc, comme on le voit dans les spots télévisés, se faire vacciner contre le cancer de col de l’utérus. Malheureusement, on ne peut pas se faire vacciner contre le cancer du poumon ou du foie… Dans ces cas-là, l’instabilité génétique causant le cancer est intrinsèque mais peut aussi être favorisée par de nombreuses substances : tabac et alcool pour ne citer qu’eux. Mais, même dans cette situation, l’apparition d’un cancer peut aussi être favorisée par la présence de certains virus ou bactéries. L’apparition d’un cancer est donc, comme on l’a vu, un phénomène aléatoire mais influencé par de très nombreux facteurs environnementaux et même héréditaires. Certains gènes semblent avoir un effet favorisant l’apparition de cancers, ce sont les oncogènes et d’autres, au contraire, un effet empêchant cette apparition, on parle alors de gènes suppresseurs de tumeur. Évènement parfois aléatoire mais parfois non, influencé par de très nombreuses causes donc. Entre un cancer du foie et de la prostate, les manifestations peuvent être semblables (croissance d’une masse de cellules) mais les causes et même les propriétés précises des cellules peuvent être différentes. Pour rendre compte de cette complexité, l’emploi du pluriel serait plus approprié, le cancer n’est pas une maladie, les cancers sont des maladies.

L’aspect thérapeutique du cancer

La première chose à dire sur les aspects thérapeutiques du cancer est la nécessité d’une intervention extérieure. L’organisme possède son propre système de défense sous la forme du système immunitaire. Autant celui-ci peut lutter contre les virus et les bactéries responsables de cancers, autant il ne peut rien contre les cancers en eux-mêmes. Le rôle du système immunitaire est de repérer et de détruire ce qui, dans l’organisme, apparaît comme le non-soi. Or, les cancers ne sont pas des agents extérieurs, ils appartiennent à l’organisme et sont reconnus en tant que tels. Ils sont un dérèglement interne de l’organisme contre lequel le système immunitaire est aveugle.
Pour ajouter à cette complexité, une idée est apparue à une époque, celle de la médecine personnalisée pour le cancer. Un moyen de contourner cette infinie diversité serait, pour chaque cas, de séquencer le génome des cellules cancéreuses et ainsi adapter un traitement à chaque patient, voir à chaque cancer pour un même patient. Idée tout à fait innovante et qui méritait d’être explorée. Mais, là encore, la complexité fait son apparition. Un autre attribut des cellules cancéreuses que nous n’avons pas mentionné est leur capacité à muter. Si deux cancers ne sont jamais identiques, deux cellules au sein d’un même cancer ne sont là non plus quasiment jamais identiques. Cette propriété confère une grande résistance aux cancers. En effet, si l’on fait un traitement de type personnalisé, ou tout traitement de type médicamenteux d’ailleurs, on peut espérer détruire la majorité de la tumeur mais jamais la totalité. De par la diversité génétique au sein d’une tumeur, certaines cellules seront naturellement insensibles à ce traitement. On peut donc réduire énormément la taille de la tumeur mais pas la détruire. Et l’on tombe alors sur une autre des grandes forces du cancer : sa capacité à se reconstruire à partir d’une unique cellule. Imaginons une tumeur comprenant un millier de cellules (ce qui est petit) que l’on traite avec un produit A (il peut s’agir de radiothérapie, de chimiothérapie par exemple). Imaginons aussi que sur ces mille cellules, une seule soit naturellement immunisée contre A. Le traitement va donc détruire la quasi totalité de la tumeur. Plus rien n’est visible cliniquement et l’on parle de rémission du cancer. Malheureusement, cette unique cellule restante a conservé ses capacités prolifératives et continue donc à se diviser et, pire encore, elle profite de tout l’espace laissé vacant par l’ancienne tumeur pour croitre encore plus rapidement. Une nouvelle tumeur se forme alors mais étant donné qu’elle provient d’une cellule immunisée contre A, cette nouvelle tumeur sera majoritairement (mais pas complètement encore en raison de la variabilité génétique intrinsèque aux cellules cancéreuses) immunisé contre A. On a donc remplacé un cancer potentiellement traitable par un autre qui ne l’est plus. On a cependant repoussé l’échéance mais sans guérir la maladie pour autant. C’est là une autre grande malédiction associée au cancer : la rechute, très fréquente pour les raisons que l’on vient d’évoquer. C’est aussi pour cela que l’on parle de rémission dans le cas d’un cancer et non de guérison, la rechute n’étant jamais exclue.

On ne se retrouve donc avec seul espoir que l’élimination complète de la tumeur (complète au sens de : pas une seule cellule cancéreuse ne doit survivre). La voie la plus sûre pour cette élimination est l’opération chirurgicale. Retirer manuellement la tumeur en la séparant des tissus sains et en coupant « large » permet de s’assurer de la disparition complète. Ce traitement est évidemment lourd mais donne de très bons résultats. Il existe pourtant quelques exceptions parmi lesquelles la plus frappante est celle du cancer de poumon. La structure de cet organe, ramifié en alvéoles de plus en plus fines rend quasiment impossible une opération locale si la tumeur est située au plus profond de ces ramifications. La chirurgie n’est quasiment jamais envisageable dans ce cas-là et cela explique la funeste réputation du cancer du poumon comme la plus létale des tumeurs primaires.

Survie à cinq ans par localisation et par sexe60
Hommes Femmes
75 % et +
Lèvre 96 % Thyroïde 95 %
Testicule 95 % Maladie de Hodgkin 92 %
Thyroïde 88 % Mélanome de la peau 89 %
Maladie de Hodgkin 85 % Lèvre 88 %
Mélanome de la peau 83 % Sein 85 %
Prostate 80 % Corps utérin 76 %
50 à 74 %
Pénis 67 % Col utérin 70 %
Rein 63 % Rein 64 %
Vessie 60 % Os, articulations et cartilages articulaires 62 %
Os, articulations et cartilages articulaires 59 % Larynx 59 %
Côlon 56 % Rectum 58 %
Rectum 55 % Côlon 57 %
Larynx 54 % Vulve et vagin 52 %
Lymphome malin non hodgkinien 54 % Vessie 50 %
25 à 49 %
Nasopharynx 45 % Langue 45 %
Intestin grêle 45 % Myélomes multiples 43 %
Myélomes multiples 42 % Intestin grêle 42 %
Cavité orale 38 % Ovaire 40 %
Langue 33 % Fosses nasales,
sinus annexes de la face,
oreille moyenne et oreille interne
37 %
Hypopharynx 34 %
Leucémie aiguë lymphoblastique 29 %
Estomac 28 %
25 % et –
Estomac 23 % Système nerveux central 19 %
Système nerveux central 20 % Poumon 18 %
Poumon 13 % Œsophage 14 %
Œsophage 11 % Mésothéliome de la plèvre 13 %
Foie 7 % Foie 9 %
Mésothéliome de la plèvre 6 % Pancréas 7 %
Pancréas 5 %

Tiré de wikipedia, source: Belle éclaircie sur le front du cancer, Éric Favereau, Libération, 28 février 2007)

L’ennemi public numéro un : la métastase

Cependant, à quelques exceptions près, les tumeurs primaires ne sont pas le problème. La majorité d’entre elles se soignent ou, du moins, ne sont pas mortelles. Certaines personnes peuvent même vivre une grande partie de leur vie avec une tumeur qu’ils ignorent. L’ennemi principal pour l’organisme n’est pas la tumeur primaire mais ce que l’on appelle les métastases.
Lorsqu’une tumeur se développe, elle commence par utiliser les éléments nutritifs du tissu où elle est apparue. Mais plus elle grandit, plus ses besoins augmentent, elle ne peut plus se contenter de l’apport normal de nourriture. Elle entre alors une phase que l’on appelle l’angiogenèse. Utilisant de signaux chimiques qu’elle libère dans son voisinage, la tumeur force littéralement le système circulatoire à se développer dans sa direction. De nouvelles artères se forment. Et celles-ci ne servent qu’à une chose : assurer l’approvisionnement de la tumeur en aliments par le biais du sang.

Pourtant, les tumeurs ne se content pas de cet apport nouveau, leur incroyable capacité à se développer et à envahir les pousse même parfois à partir coloniser le corps entier. Succinctement, certaines cellules de la tumeur primaire peuvent connaitre une transition appelée TEM (transition épithéliale mésenchymateuse). Elles perdent alors leurs adhésions avec leurs voisines et gagnent une capacité de déplacement accrue. Elles se séparent de la tumeur et se mettent à migrer à travers les tissus sains voisins. Mais elles ne s’arrêtent malheureusement pas là. Elles rejoignent un vaisseau sanguin, favorisées par l’angiogénèse, et peuvent s’y faufiler. Alors emportées par le flux, elles ressortent au hasard dans une partie différente du corps. Et là, si le terrain est propice, s’installent et reprennent leur marche en avant vers la multiplication, créant une tumeur secondaire, une métastase.

Schema de principe de l’invasion de cellules cancéreuses.

D’un point de vue médical, là se trouve le début des très mauvaises nouvelles. Aucun traitement actuel n’est en mesure de lutter efficacement contre les métastases. La plupart, très lourds par ailleurs, n’augmentent en rien le taux de survie après diagnostic mais permettent seulement de ralentir ce qui est encore inéluctable aujourd’hui (voir talk R. Austin).

Et pour cause. Dans ce cas-là, au moins deux tumeurs sont présentes à deux endroits distincts du corps. Il ne s’agit pas pour autant d’avoir deux cancers à la fois. Les deux tumeurs sont les mêmes (à la variabilité intrinsèque près) ! Par exemple, un cancer du foie métastasé jusqu’au poumon reste un cancer du foie. Mais installé dans les alvéoles du poumon. En plus de cela, des cellules tumorales circulent en permanence dans les vaisseaux sanguins, prêtes à se déposer ailleurs et à reprendre du service.
Or, toute la stratégie biologique contre le cancer repose sur deux idées : détecter et détruire, sur le même principe que le système immunitaire. Il faut donc d’une part trouver des signatures spécifiques aux cellules cancéreuses (comme certaines molécules qu’elles seules portent à leur surface par exemple, mais c’est justement là que le système immunitaire échoue) et d’autre part trouver un poison qui ne détruise que les cellules portant cette signature. La tâche est déjà compliquée avec une tumeur primaire mais quand il s’agit de plusieurs en plus de cellules circulant dans le sang, le combat est perdu d’avance. C’est aussi pour cela que les traitements contre le cancer sont très souvent lourds, il s’agit bien de détruire de l’intérieur une partie de son propre corps.

Parcours métastatiques les plus courant. Tiré de wikipedia.

Les mécanismes cancéreux sont inscrits dans notre évolution

Face à cet état de fait assez alarmant, quel peut bien être le rôle de la physique ? Tout d’abord, il faut bien reconnaitre qu’il s’agit là d’un constat d’échec. Les cancers sont globalement étudiés depuis près de trois siècles et, finalement, assez peu de progrès ont été réalisés en terme de soins et d’amélioration du pronostic.
L’approche de la biologie s’est concentrée sur deux points principaux : la génétique des cancers et les facteurs environnementaux pouvant les induire. Or, on l’a vu, la génétique du cancer est trop complexe et diverse pour pouvoir aboutir à des traitements ou des stratégies préventives de masse. De plus, l’idée d’un traitement individualisé qui a eu ses beaux jours se heurte systématiquement à l’adaptation des cancers et à l’évolution d’une résistance à ce traitement. On peut gagner du temps, pas la partie. D’autre part, l’influence des facteurs environnementaux est indiscutable mais, comme on l’a dit, ne suffit pas à éradiquer totalement les cancers. Il s’agit de maladies intrinsèques au fonctionnement du corps humain et une vie absolument saine depuis la naissance ne garantit en rien l’assurance de ne jamais développer de tumeur. Certains vont même jusqu’à  refuser de parler des cancers comme de maladies.
En effet, la mise au jour des mécanismes biologiques du cancer a permis de révéler qu’ils partagent de nombreux aspects avec le développement précoce des organismes. A ce stade, les embryons ne sont qu’une boule encore informe de cellules engagées dans un processus de croissance effrénée. Cela peut paraitre étrange voire odieux mais il faut bien reconnaître que les embryons en développement ressemblent fort à des tumeurs.
Et c’est là qu’interviennent les facteurs environnementaux. Le nœud central de la question étant l’inflammation. Prenant l’exemple classique du tabac. Le fait de fumer enflamme les cellules de poumons. Celles-ci ressentent un stress venu de l’extérieur. Si elles ne font rien, elles finissent par disparaitre, en quelque sorte asphyxiée. Or l’organisme se doit de maintenir un poumon en état de fonctionnement pour assurer sa propre survie. Les cellules pulmonaires tentent donc tout ce qu’elles peuvent pour réussir à survivre et même à se développer dans ces conditions de stress. Pour ce faire, certaines peuvent alors ré-activer les processus qui sont en marche lors du développement afin de s’adapter à leur nouvel environnement et c’est là que le cancer commence. L’apparition d’un cancer vient donc, in fine, de la capacité des organismes à s’adapter et à évoluer. Or l’évolution est une propriété centrale du vivant dont le revers de la médaille serait le cancer. A ce titre, il est légitime de dire que les cancers en eux-mêmes ne sont pas des maladies mais le reflet de la capacité du corps à se moduler lui-même et à essayer de répondre par tous les moyens à ce qui le met en danger. Jusqu’à se mettre en danger lui-même.

L’entrée de la physique

Il faut donc prendre une posture plus humble et admettre que le but ultime de la recherche contre le cancer n’est pas d’empêcher leur apparition, le seul moyen de faire cela étant de diminuer la faculté évolutive des organismes. Le but aujourd’hui est de rendre ces maladies curables de manière définitive ou, au moins, d’empêcher les stades les plus dangereux. Les deux cibles les plus importantes sont donc devenues l’angiogenèse pour limiter la taille des tumeurs primaires et la transition epithéliale-mésenchymateuse afin d’empêcher l’apparition de métastases.
Evidemment ces deux processus ont des origines génétiques. Mais en y regardant bien, les deux sont aussi des processus physiques. Dans le cas de l’angiogenèse, les vaisseaux sanguins doivent de développer à partir de vaisseaux existant et se déplacer jusqu’à la tumeur. Des cellules doivent donc migrer, prendre ensemble une forme de tube et trouver leur cible. Autant de questions que les physiciens connaissent bien. De même, dans la phase métastatique, certaines cellules doivent subir la TEM (et il s’agit là d’un processus biologique) mais ensuite doivent migrer à travers d’autres tissus, rentrer dans un vaisseau sanguin et en ressortir. Tout ce parcours est semé d’embûches et l’idée d’introduire la physique dans le traitement vient de là. Repérer les pièges les plus efficaces contre les cellules cancéreuses et les créer artificiellement.

Pour mieux comprendre, voici quelques exemples (non exhaustifs) des questions auxquelles s’attaquent les physiciens travaillant dans mon laboratoire à l’Institut Curie :

–    Comprendre les mécanismes de migration cellulaire, au niveau individuel ou collectif.
–    Etudier ce qu’il se passe lors de la compétition entre deux types de tissus mis en contact (comme une tumeur et un tissu sain).
–    Etudier l’effet du microenvironnement sur les cellules cancéreuses. Par exemple, comment des cellules cancéreuses réagissent sur une surface molle ou dure ? Est-il possible d’empêcher leur déplacement en les comprimant ?
–    Comment ces aspects mécaniques (forme, forces appliquées, position dans l’organisme) influencent-ils l’expression de gènes (branche récente de recherche appelée mécano-génétique).
–    Comprendre les propriétés physiques d’agrégats cellulaires comme les tumeurs.

Quelques illustrations, toutes disponibles ici.

Modelisation théorique de la compétition entre deux tissus à trois dimensions.
Etude du mouvement collectif de cellules.
Capture et analyse de cellules tumorales circulantes.

La stratégie se tourne donc désormais vers des nouvelles voies, sans oublier toutes celles qui ont déjà été ouvertes. L’idée est de venir localement changer l’environnement des tumeurs afin de les empêcher de suivre leur voie. Mais avant de pouvoir faire cela, il faut déjà comprendre comment ces cellules particulières répondent à leur environnement. C’est ce travail que les décideurs du NIH américain ont décidé de soutenir et de péreniser par la construction de laboratoires entiers dédiés à ces projets intrinsèquement multidisciplinaires.

Conclusions

On voit donc que l’arrivée nouvelle de physiciens dans le champ de la recherche sur le cancer vient de deux mouvements différents. D’abord, le constat d’échec des stratégies mises en place jusqu’ici. Ensuite, la prise de conscience de plus en plus importante de la particularité du cancer dans le champ des pathologies.
Evidemment, on ne sait pas d’où viendra la prochaine percée importante. De la physique, de la génétique, de la prévention ? Peu importe me direz-vous. Mais le simple fait que les questions sur le cancer changent autant alors même que les progrès sont lents montre bien le caractère particulier de ces pathologies. Et encore, si l’on peut les appeler des pathologies ! Les cancers semblent être des limites internes à leur longévité d’un organisme. Autant les principales avancées médicales ayant fait progresser l’espérance des vies se sont fait grâce à la découverte de traitement contre des agents extérieurs (antibiotiques contre les bactéries, stérilisation contre les microbes etc…), autant dans le cas du cancer il n’y a pas d’ennemi à proprement parler. Tout se passe comme si l’organisme n’avait prévu de moyens de défense contre ces tumeurs pour la simple raison qu’il n’en avait pas vraiment besoin. Mais la durée de vie augmentant, nous ne heurtons maintenant au mur de nos propres limites. Les organismes sont-ils vraiment faits pour vivre le plus longtemps possible ? De même, la question de l’apparition de la mort au cours de l’évolution est une vraie question biologique, la mort peut-elle avoir un effet bénéfique de telle sorte que la Nature s’en serve, pour assurer le renouvellement et donc la diversification des populations par exemple.
Toutes ces questions sont bien évidemment provocantes. Mais l’on touche vraiment avec les cancers à notre propre essence, leur ressemblance avec le développement, l’ineficacité du système immunitaire face à eux et leur formidable capacité à s’adapter à toutes les formes de traitement connues en font vraiment des dérèglements internes, récapitulant à la fois notre existence mais aussi la très longue histoire de notre évolution.
On ne sait donc pas d’où viendra le coup fatal porté aux cancers (ni même si un tel coup existe), mais une chose qui est sure est que découvrir cette arme finale, tout en retirant de nombreuses tristesses à de nombreuses familles changerait sans doute aussi radicalement notre perception de nous-mêmes et notre relation à notre nature profonde d’êtres humains.

OC

Références:

1-  Une excellente conférence en anglais par le Pr Robert Austin de Princeton sur le thème « Darwin, cancer and evolution ». Disponible ici.

2- Le site de l’Institut Curie.

3- Un très bon site sur l’histoire du cancer et des travaux sur le sujet.

4- Poujade et al, Collective migration of an epithelial monolayer in response to a model wound, PNAS, 2007.

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