Une plate-forme in vitro imite le microenvironnement tumoral du cancer du pancréas

Publié par Isabelle le 09/05/2022 à 13:00
Source: CEA IRIG

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En utilisant des processus presque entièrement automatisés, les chercheurs de l'Irig ont conçu un microenvironnement 3D dans lequel les cellules peuvent former un tissu semblable à une mini-tumeur. Le film biomimétique qu'ils ont développé peut imiter les conditions biophysiques du microenvironnement tumoral, notamment la rigidité et la délivrance de protéines d'adhésion (En physique, l'adhésion est l'ensemble des phénomènes physico-chimiques qui se...) et de facteurs de croissance. Leurs travaux ouvriront des perspectives pour des tests de médicaments sur des mini-tumeurs dans le cadre de la médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) personnalisée.

L'étude des mécanismes des cellules cancéreuses se heurte au manque d'outils de diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...) et aux limites des modèles existants. Les cultures classiques réalisées sur un support plastique pour la culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses...) tissulaire sont incapables de reproduire les conditions biophysiques et chimiques du microenvironnement tumoral. De plus, les modèles expérimentaux ne sont pas physiologiques car les cellules sont cultivées sur des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) rigides (plastiques ou verre). [i]In vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine...)
, la tumeur (Le terme tumeur (du latin tumere, enfler) désigne, en médecine, une augmentation de...) est organisée en une architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) tridimensionnelle et est entourée d'une matrice extracellulaire. Des modèles in vivo ont été développés, mais les procédures pour les obtenir sont longues, coûteuses et soulèvent de nombreux problèmes éthiques liés à la manipulation d'animaux. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux modèles in vitro qui imitent le microenvironnement tumoral in vivo à tous les stades du développement afin que les cellules puissent finalement former une tumeur tridimensionnelle (3D). De tels modèles permettent de contrôler précisément l'effet des conditions expérimentales.

Les cellules cancéreuses ont besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) d'un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) approprié composé principalement de protéines de la matrice extracellulaire pour le soutien biochimique et structurel, de facteurs de croissance pour agir sur les réponses cellulaires. La matrice extracellulaire est un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) enchevêtré de protéines, de sucres et de facteurs de croissance, qui permet aux cellules cancéreuses de communiquer entre elles par le biais de signaux biochimiques et mécaniques. Sa composition et sa rigidité ont un impact significatif sur les mécanismes tumoraux. Pour imiter la composition de cette matrice, il est possible d'avoir recours aux films multicouches de polyélectrolytes préparés par la technique d'assemblage couche par couche qui permettent de régler l'architecture, l'épaisseur, la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) et les propriétés mécaniques des films et de développer des nanofilms biomimétiques pour délivrer des médicaments et des protéines agissant sur les cellules humaines.

Sur la base de leurs précédents travaux expérimentaux, des chercheurs de l'Irig ont sélectionné des films à base d'acide hyaluronique (L'acide hyaluronique (du grec hyalos = vitreux + uronique parce qu'il a d'abord été...), un des principaux constituants de la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le...), et de poly(L-lysine), un polypeptide employé couramment en culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) cellulaire. Après élaboration, ces films ont ensuite été réticulés chimiquement pour moduler leur rigidité puis, dans une dernière étape, des protéines ont été chargées au sein des films. Ainsi, les films présentent deux principales caractéristiques de la matrice extracellulaire: une rigidité contrôlée et une réserve de protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...), pour les présenter ensuite aux cellules sur une longue période de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...).

Dans le cadre de ce travail, par l'utilisation de processus presque entièrement automatisés, les chercheurs de l'Irig ont créé un microenvironnement 3D synthétique et bioactif dans lequel ils ont constaté que les cellules cancéreuses s'auto-organisent, migrent et prolifèrent pour former un tissu semblable à une microtumeur en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...). Ce nouvel environnement 3D leur a permis de montrer que l'adhésion et la prolifération de cellules cancéreuses du pancréas (Le pancréas est un organe abdominal, une glande annexée au tube digestif. Il est...) étaient influencées par les signaux biomécaniques et biochimiques venant du film biomimétique, d'une manière spécifique au type de cellule. En particulier, les protéines morphogénétiques osseuses de type 2 et 4 apparaissent comme des facteurs importants dans le cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement...) du pancréas.

À plus long terme, ces travaux ouvrent des perspectives pour des tests de médicaments sur des mini-tumeurs dans le cadre de la médecine personnalisée.


Division d'une cellule métastatique. Crédit: Getty

Références:
Rengaraj A, Bosc L, Machillot P, McGuckin C, Milet C, Forraz N, Paliard P, Barbier D and Picart C
Engineering of a microscale niche for pancreatic tumor cells using bioactive film coatings combined with 3D-architectured scaffolds.
ACS Applied Materials & Interfaces, 2022.
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