Une nouvelle structure 3D pour la croissance de cultures cellulaires pourrait permettre aux médecins de tester des médicaments sur des tumeurs modèles cultivées à partir des propres cellules d'un patient, selon les résultats d'une équipe d'ingénieurs et de chercheurs sur le cancer de l'Université du Michigan.

Contrairement aux appareils précédents, la nouvelle structure est constituée de fibres protéiques que les cellules savent modifier.

"Nous pouvons potentiellement utiliser les cultures pour faire des choses comme des tests de dépistage de drogues ou des analyses de cellules uniques, qui peuvent nous aider à identifier les meilleurs traitements pour le cancer d'un patient, " a déclaré Gary Luker, U-M professeur de radiologie.

Maintenant, certains patients ont des échantillons de leurs cellules cancéreuses cultivées sur des souris pour des tests et des analyses de médicaments, mais les cellules cancéreuses ne se développent pas toujours et le processus prend des mois, dit Luker.

Une boîte de Pétri avancée, connu sous le nom d'échafaudage 3D, pourrait permettre aux médecins d'obtenir des réponses sur l'efficacité des médicaments en quelques jours ou semaines. Mais les échafaudages antérieurs, essayer d'imiter la structure et la composition du réseau de type gel qui lie une collection de cellules dans un tissu, ont également des dossiers mitigés.

"Plutôt que d'essayer de deviner ce que devrait être le microenvironnement des cellules tumorales, nous avons créé un espace où ils peuvent créer leur propre niche cellulaire, comme ils le font dans le corps, " a déclaré Stacy Jordahl, un récent doctorat en génie chimique. diplômé de l'U-M et premier auteur de l'article en Matériaux avancés .

L'équipe a créé un réseau de fibronectine, une protéine qui attache les cellules au gel conjonctif. Les cellules des tissus étirent la fibronectine, en l'utilisant un peu comme les deux par quatre d'une charpente de maison. Cependant, la fibronectine a tendance à s'enrouler si elle n'est pas maintenue ouverte. Alors que les chercheurs ont utilisé des couches de fibronectine en boule pour aider les cellules à se fixer aux échafaudages précédents, la protéine n'a pas été utilisée pleinement.

Précédemment, il était laborieux d'étirer les brins de fibronectine - en tirant dessus avec des pipettes, par exemple, mais la nouvelle méthode découverte par l'équipe U-M produit une couche de fibronectine allongée sans travail acharné.

Dirigé par Joerg Lahann, le Wolfgang Pauli Collegiate Professor of Chemical Engineering et directeur du Biointerfaces Institute à U-M, les ingénieurs ont construit une grille de cellules microscopiques, chaque demi-millimètre de côté. Puis, ils ont versé à plusieurs reprises une solution contenant de la fibronectine sur cette surface à l'aide d'un tube qui a lentement basculé bout à bout. La traction du liquide en mouvement était suffisante pour attirer la fibronectine dans des réseaux de fibres qui s'entrelaçaient à travers toute la structure.

« Avec cette méthode d'ingénierie pour attirer les protéines dans un réseau de fibres, nous pouvons produire un environnement plus naturel pour cultiver des cultures de cellules cancéreuses qui nous permettent de tester des médicaments ou de comprendre la biologie du cancer, " a déclaré Lahann.

L'équipe de Lahann a confié les structures à deux chercheurs en cancérologie, Luker et Max Wicha, le professeur Madeline et Sidney Forbes d'oncologie. Ils ont utilisé les structures pour cultiver des cellules qui avaient été prélevées sur des patientes atteintes d'un cancer du sein en drainant les poches de liquide qui peuvent s'accumuler dans l'abdomen et la poitrine à mesure que la maladie progresse.

Bien que les cellules cancéreuses ne représentent qu'environ 5 % des cellules de ces fluides, ils dominaient la population cellulaire après quelques jours à une semaine sur le réseau de la fibronectine. Et les chercheurs sur le cancer ont été impressionnés.

"Il y a eu beaucoup de technologies et d'approches conçues pour essayer de cultiver des cellules cancéreuses en culture qui n'ont pas si bien fonctionné. La plupart des cellules cancéreuses meurent lorsqu'elles sont cultivées dans des conditions artificielles, " Luker a dit. " Dans ce système, nous pourrions développer les cultures de manière assez cohérente, au moins pendant de courtes périodes. »

En outre, les cellules semblaient changer à mesure qu'elles se développaient sur le réseau de la fibronectine, devenant de plus en plus comme le type de cellules qui sont censées propager le cancer à d'autres parties du corps. Cela pourrait être un avantage pour tester des médicaments contre le cancer, car ces cellules sont les plus impératives à tuer.

Cependant, ce biais entraverait les expériences explorant la biologie du cancer, par exemple, identifier les influences qui conduisent les cellules à devenir plus agressives ou bénignes. À l'avenir, l'équipe peut étudier si des changements dans la façon dont le réseau de la fibronectine est structuré peuvent supprimer ce biais.

L'étude est publiée dans la revue Matériaux avancés .