Lorsque les dendroctones du pin ont envahi les forêts nord-américaines, ils ont déséquilibré un écosystème délicat. Les cellules cancéreuses se comportent également comme des espèces envahissantes nuisibles. Photo par l'utilisateur Flickr Kneale Quayle
Parfois, penser à un vieux problème sous un angle nouveau et rafraîchissant n’est que la chose nécessaire pour retrouver ce moment d’Eureka.
Le cancer, l'une des maladies médicales les plus notoires, a fait l'objet de nombreuses études à l'ère de la médecine moderne. Cependant, un nombre croissant de chercheurs pensent qu’apporter une approche nouvelle et originale de la compréhension de la maladie pourrait déboucher sur de nouvelles idées et, peut-être, sur des solutions. Et le sujet qu'ils espèrent peut servir de fenêtre sur l'étude du cancer peut vous surprendre: l'écologie.
A première vue, l'oncologie et l'écologie semblent très différents. Pour commencer, l'un est localisé dans des cellules spécifiques du corps, tandis que l'autre, par définition, s'étend sur le globe entier. Mais au lieu de qualifier le cancer de groupe de cellules mutées, nous devrions plutôt considérer le cancer comme une perturbation de l'équilibre d'un micro-environnement complexe dans le corps humain. Comme une coléoptère envahissante dévorante se faufilant dans les forêts du Colorado, une maladie nouvelle apparaissant parmi des populations d'oiseaux sauvages ou des bûcherons détruisant des parties de la forêt amazonienne, le cancer jette une clé à molette dans un système équilibré et par ailleurs placide.
Des chercheurs du Moffet Cancer Center dans un article publié dans la revue Interface Focus, suggèrent des chercheurs du Moffet Cancer Center. Cette façon de penser rend le cancer encore plus complexe qu’elle ne l’est déjà.
«On sait que Einstein a dit que tout devrait être rendu aussi simple que possible, mais pas plus simple», écrivent-ils. «Il s'avère que la complexité a sa place et, aussi commode qu'il soit pour les biologistes du cancer d'étudier les cellules tumorales isolément, c'est aussi logique que d'essayer de comprendre les grenouilles sans considérer qu'elles ont tendance à vivre près des marais et à se régaler d'insectes. . "
Nous avons tendance à penser au cancer uniquement en termes de cellules mutées, poursuivent les auteurs. Mais adopter cette approche étroite revient à essayer de comprendre pourquoi une grenouille a une langue collante sans tenir compte du fait que les grenouilles utilisent leur langue pour attraper des insectes. De même, les cellules cancéreuses ont besoin de contexte. Une cellule cancéreuse vorace, par exemple, peut se situer à proximité d'un vaisseau sanguin non pas par hasard, mais elle peut ainsi obtenir plus de nutriments et d'oxygène pour soutenir sa division illimitée.
Les cellules cancéreuses doivent rivaliser dans le corps pour les nutriments et autres ressources, tout comme les animaux vivant dans un environnement doivent se faire concurrence pour survivre. Cela signifie que le cancer, comme tout organisme, doit s’adapter à son environnement pour se développer. Les chercheurs expliquent:
Il commence à être largement admis que le cancer n'est pas simplement une maladie génétique, mais celle dans laquelle l'évolution joue un rôle crucial. Cela signifie que les cellules tumorales évoluent, s’adaptent et changent l’environnement dans lequel elles vivent. Ceux qui ne le font pas finiront par disparaître. Ceux qui le feront auront une chance d'envahir et de métastaser. La capacité d'une cellule tumorale à s'adapter à un nouvel environnement sera donc déterminée par l'environnement et les espèces cellulaires du site d'origine, auquel elle s'est déjà minutieusement adaptée.
Alors, comment toute cette théorie peut-elle être appliquée dans la vie réelle? L’approche environnementale de la compréhension du cancer est si complexe qu’elle exclut les expériences normales; ils pourraient facilement perdre la tête avec autant de composants différents à prendre en compte. Les chercheurs suggèrent plutôt de se tourner vers les mathématiques et l'informatique pour comprendre le contexte environnemental plus large qui conduit au cancer. Les écologistes utilisent l'une de ces approches mathématiques, la théorie des jeux, pour étudier la biologie de l'évolution et la manière dont les animaux interagissent:
La force de la sélection naturelle maintient les habitants de l'écosystème concentrés sur l'optimisation du résultat final: la reproduction à long terme. Dans les jeux étudiés par les théoriciens des jeux évolutifs, les individus se disputent les ressources disponibles en utilisant diverses stratégies. Ces caractéristiques et comportements, connus sous le nom de stratégie phénotypique, déterminent les gagnants et les perdants de l'évolution.
Les stratégies comportementales peuvent changer en fonction de la nature de l'animal et du contexte de la situation. Voici un exemple hypothétique basé sur la théorie des jeux: si deux hyènes creusent une grande carcasse de gnous savoureuse, elles partageront cette ressource avec plaisir. Mais si deux lions retrouvent la même carcasse, ils se battront pour obtenir le droit exclusif de la manger, ce qui signifie qu'un lion sortira victorieux et emportera tout le butin charnu, tandis que l'autre ne recevra pas de nourriture et sera blessé. Enfin, si un lion rencontre une hyène au niveau de la carcasse, celle-ci s’écroulera et livrera ses biens au lion le plus fort. En d’autres termes, les joueurs de la théorie des jeux peuvent réagir de trois manières différentes en fonction de leur identité et de ce qui se passe: ils peuvent partager, se battre ou être perdus.
Comme une bande de jungle ou une espèce envahissante qui s’étend lentement et laisse une traînée de dégâts sur son passage, une tumeur, comme celle ci-dessus, affecte et est affectée par le tissu dans son environnement. Photo par Ed Uthman, utilisateur de Flickr
Des jeux similaires peuvent être joués avec des cellules tumorales. "Un bon exemple serait une tumeur avec des cellules qui s'éloignent lorsqu'elles sont confrontées à des ressources rares (motiles) et des cellules qui restent pour les utiliser (proliférantes)", écrivent les auteurs. Pour compliquer encore les choses, on sait que les cellules tumorales modifient leur comportement en proliférant et en métastasant dans tout le corps, ce qui signifie qu'elles pourraient passer d'une hyène à un lion.
Ils continuent en affirmant que la théorie des jeux au niveau de l'écosystème nous montre une chose cruciale: le fait de se focaliser sans distinction sur la destruction du plus grand nombre possible de cellules tumorales pourrait ne pas donner les meilleurs résultats pour le patient. Selon les modèles de la théorie des jeux, le résultat final à long terme du jeu dépend d'interactions spécifiques entre les joueurs, et non du nombre de joueurs impliqués. Les Lions continueront à se battre pour se nourrir, que deux ou plus de 2 000 lions se rencontrent. «Un traitement basé exclusivement sur l'élimination sans distinction de la plupart des cellules cancéreuses (mais pas de toutes) ne peut avoir qu'un effet temporaire; comme dans la plupart des cas, le nombre initial de cellules tumorales sera éventuellement restauré et dépassé », écrivent les auteurs.
Au lieu de cela, la théorie des jeux indique qu'une alternative plus efficace consisterait à essayer de modifier la façon dont les cellules interagissent les unes avec les autres et avec leur environnement. Les auteurs expliquent que cela pourrait affecter le comportement, la force et le succès de reproduction des cellules, ce qui pourrait conduire l'évolution d'une tumeur vers des types de cellules moins agressifs, ou vers une coexistence plus stable avec des cellules non cancéreuses.
"La vision de l'écosystème est, en fin de compte, une vision holistique qui considère la progression du cancer comme un processus émergeant des interactions entre plusieurs espèces cellulaires et des interactions avec le microenvironnement de la tumeur", écrivent les auteurs. «La perspective d'un écosystème présente des implications fascinantes», expliquent-ils, ainsi qu'une foule de questions sur la portée de l'analogie entre écosystèmes et cancer.
Par exemple, si les cellules cancéreuses se propagent comme une espèce envahissante à travers un écosystème, quel gain évolutif est obtenu lorsque l’écosystème fermé (un corps) est endommagé de façon irréparable (par la mort d’une personne), de sorte que la peste meurt également? Contrairement au virus, qui peut tuer son hôte mais se propager à d'autres hôtes, les cellules cancéreuses elles-mêmes n'ont pour la plupart aucun moyen de se propager d'un individu à l'autre. Et les cellules cancéreuses se basent-elles sur des processus dictés par la concurrence ou par la coopération? En réfléchissant de manière plus proactive, les cellules non cancéreuses peuvent-elles être déclenchées pour se comporter comme des lions et utiliser les ressources des cellules cancéreuses jusqu'à ce que le cancer soit gérable?
Bien que l'écologie et les mathématiques ne vaincront probablement pas le cancer par elles-mêmes, examiner la maladie de ce point de vue pourrait permettre aux médecins de mieux prédire où dans le corps les cellules tumorales ont les meilleures et les plus mauvaises chances de survie et comment les empêcher efficacement de proliférer.
"Le cœur du problème est qu'une vision écologique des tumeurs n'invalide pas, mais complète et s'appuie sur des décennies de recherche sur le cancer et qu'elle mènera sans aucun doute à une meilleure compréhension de la biologie du cancer et à de nouvelles thérapies améliorées", concluent les chercheurs . «Nous devons bien comprendre les arbres (par exemple, chaque feuille, chaque branche et chaque branche) avant de pouvoir comprendre la forêt, mais nous ne pouvons pas nous permettre d’ignorer la forêt, car les arbres sont si intéressants en eux-mêmes.»
