Profilage métabolomique à haut débit des lésions cutanées : étude comparative du carcinome épidermoïde cutané, du carcinome basocellulaire et de la peau normale par échantillonnage E-Biopsie

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Contexte académique

Le carcinome épidermoïde cutané (Cutaneous Squamous Cell Carcinoma, CSCC) et le carcinome basocellulaire (Basal Cell Carcinoma, BCC) sont parmi les types de cancer de la peau les plus courants dans le monde. Bien que la mortalité de ces deux cancers soit relativement faible, leur incidence augmente d’année en année, affectant significativement la qualité de vie des patients et pouvant entraîner une mort prématurée. Les méthodes de diagnostic traditionnelles reposent sur l’examen histopathologique après ablation tissulaire, une méthode non seulement chronophage mais aussi susceptible de provoquer des complications supplémentaires dues à l’excision chirurgicale et aux traitements ultérieurs (comme l’électrocoagulation). Avec l’augmentation du nombre de cas, les méthodes de diagnostic existantes sont devenues un goulot d’étranglement, nécessitant des approches plus rapides et moins invasives.

Ces dernières années, les technologies de diagnostic moléculaire ont offert de nouvelles possibilités pour le diagnostic du cancer. En particulier, la métabolomique, une méthode d’analyse moléculaire à haut débit, permet de révéler les caractéristiques moléculaires du cancer en détectant les petits métabolites dans les tissus. Cependant, les analyses métabolomiques traditionnelles nécessitent généralement des processus de traitement d’échantillons complexes, limitant leur application clinique. Par conséquent, le développement d’une méthode rapide et efficace pour l’échantillonnage et l’analyse des métabolites est devenu un objectif clé de la recherche actuelle.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Leetal Louie, Julia Wise, Ariel Berl et d’autres auteurs, issus de plusieurs institutions telles que la School of Mechanical Engineering de l’Université de Tel Aviv, la School of Computer Science de l’Université Reichman et le département de chirurgie plastique du Meir Medical Center en Israël. L’article a été publié en 2025 dans la revue Cellular and Molecular Bioengineering sous le titre “High-throughput metabolomic profiling of skin lesions: comparative study of cutaneous squamous cell carcinoma, basal cell carcinoma, and normal skin via e-biopsy sampling”.

Processus de recherche

1. Collecte d’échantillons et technologie e-biopsy

L’équipe de recherche a développé une technique d’échantillonnage mini-invasive basée sur l’électroporation, appelée e-biopsy. Cette technique utilise un champ électrique pulsé (Pulsed Electric Field, PEF) pour perméabiliser la membrane cellulaire, libérant ainsi les métabolites intracellulaires, qui sont ensuite collectés dans une seringue par aspiration sous vide. La technologie e-biopsy réduit les dommages tissulaires et permet une collecte rapide d’échantillons, adaptée aux environnements cliniques.

Au total, 13 échantillons tissulaires, comprenant des CSCC, des BCC et de la peau saine, ont été collectés auprès de 12 patients. Les échantillons ont été extraits par e-biopsy dans les 10 à 20 minutes suivant l’excision chirurgicale, puis congelés et envoyés au Beijing Genomics Institute pour analyse ultérieure.

2. Analyse métabolomique à haut débit

L’analyse métabolomique a été réalisée par chromatographie liquide ultra-performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (Ultra Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry, UPLC-MS-MS). Deux colonnes chromatographiques (C18 et amide) et deux modes (mode ion positif et mode ion négatif) ont été utilisés pour la séparation et la détection, totalisant quatre analyses. Grâce à cette technique, l’équipe a identifié avec succès 2325 petits métabolites, dont 301 avec un haut niveau de confiance.

3. Analyse statistique des données

L’équipe a utilisé la bibliothèque statistique de Python pour effectuer une analyse de puissance (power analysis), calculant la taille de l’effet (effect size) pour chaque type de tissu. Ensuite, une analyse des différences d’expression des métabolites a été réalisée par test t et analyse de changement de pli (fold change analysis). Une analyse de surabondance (overabundance analysis) et une analyse par diagramme volcanique (volcano plot analysis) ont également été menées pour valider les différences d’expression des métabolites.

Résultats principaux

1. Comparaison entre CSCC et peau saine

L’étude a identifié 22 métabolites significativement différentiellement exprimés (p < 0,05) entre le CSCC et la peau saine, dont 14 étaient surexprimés et 7 sous-exprimés dans le CSCC. Par exemple, la L-proline et la créatine étaient significativement surexprimées dans le CSCC, tandis que la L-arginine était sous-exprimée.

2. Comparaison entre BCC et peau saine

Dans la comparaison entre le BCC et la peau saine, 19 métabolites significativement différentiellement exprimés (p < 0,05) ont été identifiés, dont 8 étaient surexprimés et 8 sous-exprimés dans le BCC. Par exemple, la L-glutamine et l’acide urique étaient significativement surexprimés dans le BCC, tandis que la 4-oxoproline était sous-exprimée.

3. Comparaison entre CSCC et BCC

Dans la comparaison entre le CSCC et le BCC, 4 métabolites significativement différentiellement exprimés (p < 0,05) ont été identifiés, dont 3 étaient surexprimés dans le CSCC, y compris la DL-arginine et la xanthine.

Conclusion

Cette étude est la première à réaliser une analyse métabolomique à haut débit du CSCC, du BCC et de la peau saine via la technologie e-biopsy, identifiant avec succès 34 métabolites significativement différentiellement exprimés. Les résultats montrent que les profils métabolomiques du CSCC et du BCC diffèrent significativement de ceux de la peau saine, en particulier dans la sous-classe des acides aminés, peptides et analogues, où les niveaux d’expression des métabolites sont généralement augmentés. Ces découvertes ouvrent de nouvelles perspectives pour le diagnostic moléculaire du cancer de la peau et démontrent le potentiel de la technologie e-biopsy dans les analyses métabolomiques à haut débit.

Points forts de l’étude

  1. Technologie d’échantillonnage innovante : La technologie e-biopsy, en tant que méthode d’échantillonnage mini-invasive, permet une collecte rapide d’échantillons tissulaires, améliorant significativement l’efficacité des analyses métabolomiques.
  2. Analyse métabolomique à haut débit : Grâce à la technologie UPLC-MS-MS, l’équipe a identifié un grand nombre de métabolites, révélant les caractéristiques moléculaires du CSCC et du BCC.
  3. Découverte de métabolites différentiels : L’étude a identifié plusieurs métabolites significativement différentiellement exprimés dans le CSCC et le BCC, offrant de nouveaux biomarqueurs pour le diagnostic et le traitement du cancer de la peau.
  4. Potentiel d’application clinique : La combinaison de la technologie e-biopsy et de l’analyse métabolomique à haut débit pourrait devenir une alternative aux méthodes traditionnelles d’examen histopathologique, réduisant la dépendance à ces dernières.

Autres informations utiles

L’équipe de recherche prévoit de valider davantage la fiabilité de ces métabolites différentiels dans de futures études et d’explorer leur application dans l’hétérogénéité spatiale des tumeurs. De plus, la technologie e-biopsy pourrait être appliquée à d’autres types de cancer, tels que le cancer du sein et le cancer du pancréas, offrant de nouveaux outils pour le diagnostic moléculaire et le traitement du cancer.