Quand le hasard collabore à une avancée scientifique
 

Cécile Darviot, diplômée au doctorat en physique appliquée et présidente-directrice générale de Vega BioImaging.

Lors d'une conférence scientifique à Québec, deux doctorants présentaient leurs travaux respectifs lors d’une même session d’affiches. Cécile Darviot exposait ses recherches sur l'immunoplasmonique, une technique de détection des protéines cancéreuses utilisant des nanoparticules comme marqueurs optiques développée par l’équipe du professeur Michel Meunier, son directeur de thèse au Département de génie physique de Polytechnique Montréal. Bryan Gosselin, étudiant des professeurs Gilles Bruylants et Ivan Jabin à l'Université libre de Bruxelles, présentait quant à lui des travaux sur des nanoparticules d'argent d'une stabilité exceptionnelle, obtenue grâce à une technologie brevetée à l'ULB. Ces deux-là auraient pu repartir chacun de leur côté. Mais la conversation s'est engagée et a pris une tournure inattendue : Cécile Darviot, qui butait sur la difficulté à stabiliser les particules d'alliages or-argent dont elle avait besoin, a entrevu une solution dans les travaux de son collègue. 

Repartis de Québec avec l’intuition qu'une collaboration serait fructueuse, ils ont l'un et l'autre convaincu leurs équipes respectives. Peu de temps après, Bryan Gosselin est venu à Polytechnique travailler aux côtés de Cécile Darviot. Il n'a fallu que quelques semaines pour que leurs résultats démontrent que les nanoparticules d'argent stabilisées par la technologie de l'ULB pouvaient bel et bien être intégrées à l'approche immunoplasmonique de Polytechnique. 

De ces résultats est né un projet formalisé, auquel se sont jointes des pathologistes du CHUM, les docteures Dominique Trudel et Roula Albadine. L'équipe, dont le projet a été retenu lors du quatrième appel du Programme bilatéral de recherche collaborative Québec - Fédération Wallonie-Bruxelles, bénéficie d'un financement atteignant 300 000 $ sur trois ans du côté québécois et 247 500 € du côté belge. 

« La genèse de ce projet montre que les idées brillantes d’étudiantes ou d’étudiants peuvent elles aussi être à l'origine d'une avancée scientifique, souligne Michel Meunier. Dans mon laboratoire, c'est quelque chose que j’encourage activement. »
 

Michel Meunier, professeur titulaire au Département de génie physique. (Photo : Alex Tran)

La clé du diagnostic : distinguer clairement plusieurs marqueurs en même temps

Lorsqu'un pathologiste analyse une biopsie cancéreuse, il cherche à identifier certaines protéines caractéristiques de la tumeur. Celles-ci constituent des marqueurs qui permettent non seulement de confirmer le diagnostic, mais aussi de choisir le traitement le plus adapté. La technique la plus couramment utilisée par les pathologistes aujourd’hui, l'immunohistochimie, est semi-quantitative : elle indique la présence d'un marqueur, mais en mesure la quantité de façon approximative, et ne permet généralement d'analyser qu'un marqueur à la fois.

L'immunofluorescence est une technique qui offre de meilleures performances en recherche, notamment pour analyser plusieurs marqueurs simultanément, mais elle se heurte à un défi important : l'autofluorescence des tissus biologiques, qui brouille les signaux et complique leur interprétation clinique.

L'approche développée par l'équipe du P^r Meunier contourne ces deux obstacles à la fois. Des nanoparticules plasmoniques, des structures d'or pur ou d'alliages or-argent de 50 à 100 de nanomètres de diamètre, sont couplées à des anticorps qui vont se lier spécifiquement aux protéines d'intérêt sur les cellules tumorales. Sous un microscope à champ sombre, chaque nanoparticule diffuse la lumière dans une couleur propre à sa composition, ce qu'on appelle le marquage multiplexé. En ajustant la taille et la composition des nanoparticules, chacune diffuse la lumière à une longueur d'onde différente : les particules d'or pur apparaissent jaunes, les alliages or-argent à 50/50 apparaissent vertes, les alliages à dominante d'argent apparaissent bleus. Trois couleurs, trois marqueurs analysés en une seule manipulation.

« Cette capacité est particulièrement précieuse pour distinguer les cellules tumorales des cellules immunitaires, qui peuvent présenter certains des mêmes marqueurs et induire des erreurs de diagnostic », indique Michel Meunier.

Les travaux préalables de son équipe ont démontré la faisabilité du marquage triple simultané sur des lignées cellulaires de cancer du sein. Ces résultats ont mené à la création de la jeune entreprise Vega BioImaging, dirigée par Cécile Darviot, et à une étude clinique financée au CHUM. 

Pour faciliter l’interprétation des images obtenues, l'équipe du P^r Meunier a aussi développé un logiciel de classification automatique des nanoparticules selon leur couleur dans les images microscopiques. Conçu pour être accessible aux techniciens de laboratoire clinique sans formation spécialisée, il est par ailleurs disponible librement sur GitHub, afin de faciliter son adoption par d'autres équipes de recherche dans le monde.
 

Nanoparticules métalliques fixées à des cellules cancéreuses. Chaque couleur correspond à un marqueur tumoral différent.

L’apport bruxellois

Le projet actuel en collaboration avec l’ULB marque une nouvelle étape : étendre et valider cette approche pour le cancer du poumon, en s'appuyant sur des banques de biopsies annotées disponibles au CHUM.

Un des enjeux, jusqu'ici, était de stabiliser les particules d'argent et d'y fixer des anticorps de façon fiable et uniforme. C'est là qu'intervient la contribution de l’équipe des P^r Bruylants et Jabin : la fonctionnalisation développée à l'ULB, aujourd'hui brevetée, forme avec la surface métallique une liaison chimique extrêmement solide et plus stable que la méthode précédemment employée. De plus, il s’applique à toutes les tailles et compositions de nanoparticules testées. Une polyvalence essentielle dans une approche qui repose sur la diversité des particules.

Encore plusieurs seuils à franchir

« Avant d'envisager une utilisation sur des patients, nous devons démontrer que le protocole produit des résultats cohérents sur de grandes banques de biopsies », explique Michel Meunier, en détaillant les paramètres à maîtriser : temps d'incubation, concentration des nanoparticules, qualité des échantillons.

C'est précisément le rôle des partenaires cliniques du CHUM, les docteures Dominique Trudel et Roula Albadine, dans ce projet : apporter le regard médical et l'accès aux échantillons biologiques nécessaires à cette validation.

Autant d'étapes qui tracent la route entre une session d'affiches à Québec et, peut-être un jour, le laboratoire de pathologie d'un hôpital.