Ouvrir la voie pour tester des médicaments expérimentaux dans des environnements plus réalistes, des scientifiques de l'Institut national des normes et de la technologie (NIST) ont découvert comment faire croître de minuscules colonies de cellules de nouvelles façons utiles à l'intérieur des boîtes de Pétri.

Les découvertes de l'équipe de recherche pourraient aider les concepteurs de technologies miniatures de "laboratoire sur puce" à développer des colonies tridimensionnelles de cellules cancéreuses du foie à l'intérieur des minuscules chambres d'une puce, plutôt que les colonies simplement bidimensionnelles qu'ils peuvent généralement cultiver maintenant. Étant donné que de nombreuses tumeurs des tissus solides sont elles-mêmes tridimensionnelles, Les réseaux de cellules 3-D pourraient fournir des environnements biologiques plus réalistes pour tester les produits pharmaceutiques que ceux qui sont actuellement disponibles.

"Comme les lignées cellulaires tumorales sont couramment utilisées pour tester des composés anticancéreux, la communauté biomédicale recherche activement des moyens de tester ces médicaments dans des cultures cellulaires 3D, " a déclaré Darwin Reyes-Hernandez, ingénieur biomédical au NIST. "Nos résultats pourraient aider à combler le fossé entre les analyses de cellules en laboratoire et celles d'êtres vivants, une lacune qui limite actuellement les processus de découverte de médicaments."

Pour tenir la promesse de la technologie de laboratoire sur puce, l'intérieur de la puce doit avoir de nombreuses caractéristiques en commun avec le corps lui-même, comme de nombreux types cellulaires différents qui se développent en présence les uns des autres. Les scientifiques peuvent déjà explorer ce que ferait un seul type de cellule en présence d'une molécule médicamenteuse simplement en les faisant croître ensemble dans une boîte de Pétri de laboratoire. Mais les médicaments doivent agir dans le corps, pas seulement une expérience de laboratoire. Pour étudier les interactions cellule-cellule de manière contrôlée, les scientifiques cultivent plusieurs types de cellules dans la boîte, faire pousser chaque type dans un endroit différent en changeant les caractéristiques de la surface de croissance, une technique appelée micropatterning.

L'équipe du NIST, dont les membres se spécialisent dans les technologies microfluidiques qui constitueraient une grande partie du laboratoire sur l'environnement physique d'une puce, avait initialement pour objectif de faire croître côte à côte sur une surface deux types différents de cellules humaines :les cellules cancéreuses du foie ainsi que les cellules endothéliales, qui tapissent les vaisseaux sanguins dans le corps et sont essentiels à la progression du cancer. Trouver simplement un moyen de créer cette frontière partagée entre deux types de cellules aurait été un accomplissement louable, selon le membre de l'équipe Kiran Bhadriraju, un chercheur invité du NIST en visite de Theiss Research à La Jolla, Californie. Les technologies existantes pour créer de telles co-cultures à micro-modèles sont lourdes, il a dit, et pas facilement utilisé dans les tests pharmaceutiques à grande échelle.

L'équipe a émis l'hypothèse que lorsqu'elles recouvraient la surface de deux adhésifs différents - la fibronectine seule et un composite de fibronectine et d'autres substances appelées matériau adhésif cellulaire hybride (hCAM) - les cellules cancéreuses du foie ne colleraient facilement qu'à la hCAM, tandis que les cellules endothéliales adhéreraient à la fibronectine. Des expériences préliminaires ont validé leur intuition, et la découverte a fourni aux scientifiques du NIST un moyen de créer des co-cultures de la tumeur et des cellules endothéliales là où ils le voulaient.

Créer la frontière partagée qu'ils avaient initialement recherchée était un accomplissement en soi, mais il y avait plus à venir. Lorsqu'ils ont pris des images des cellules à l'aide d'une technique connue sous le nom de microscopie confocale laser, l'équipe a également découvert que les cellules à la surface de la hCAM avaient développé des matrices en couches en trois dimensions. L'ajout d'une troisième protéine appelée transglutaminase - une enzyme collante qui colle les molécules de protéines ensemble - pourrait faire en sorte que les cellules cancéreuses du foie forment à la place des matrices d'une seule cellule d'épaisseur, en leur donnant le contrôle du processus.

Connaissant cette relation relativement simple entre les produits chimiques, les cellules cancéreuses de surface et du foie pourraient être utiles pour cultiver des cellules cancéreuses avec des types de cellules complètement différents, il dit, et pourrait permettre à ces cultures de petites cellules d'être étendues pour le type de travail à haut débit dont une société pharmaceutique aurait besoin pour tester un grand nombre de candidats médicaments.

"Nous nous attendons à ce que d'autres lignées cellulaires cancéreuses puissent être utilisées pour créer des co-cultures similaires, " a déclaré Bhadriraju. " Bien que la lignée cellulaire du cancer du foie utilisée ici soit une lignée cellulaire importante pour l'industrie pharmaceutique pour tester les médicaments anticancéreux, nous n'avons pas encore testé si d'autres types de cellules cancéreuses formeront les mêmes types de structures 3-D. Mais nous sommes optimistes, car ces protéines dont nous avons recouvert la surface sont couramment utilisées avec d'autres types de cellules cancéreuses. »

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.