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Le cancer du poumon est la principale cause de mortalité liée au cancer dans le monde. Le carcinome épidermoïde pulmonaire (LUSC), qui est le deuxième type le plus commun de cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC) et représente environ 30% de tous les cancers du poumon, est souvent diagnostiqué à des stades avancés et a un mauvais pronostic1. Les options de traitement pour les patients de LUSC sont un besoin non satisfait majeur qui peut être amélioré par une meilleure compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents qui conduisent la tumorigenesis de LUSC.
Comme pour la plupart des cancers humains, la pathogénie de LUSC se caractérise par la perturbation de l’architecture des tissus épithéliaux intacts et bienordonnés 2. Au cours de ce processus, la polarité apical-basale appropriée de cellules, les contacts de cellule-cellule-cellule-matrice sont perdus, permettant la croissance incontrôlée et le comportement invasif des cellules de tumeur. Il est maintenant largement apprécié que les caractéristiques malignes des cellules cancéreuses ne peuvent pas se manifester sans un interaction importante entre les cellules cancéreuses et leur microenvironnement tumoral local (TME)3. Composants clés du TME, y compris la matrice extracellulaire (ECM), les fibroblastes associés au cancer (CF) ainsi que les cellules endothéliales et les cellules immunitaires infiltrées façonnent activement le TME et stimulent la tumorigenesis4. Néanmoins, notre compréhension actuelle de la façon dont les cellules tumorales et ces composants clés dans le TME interagissent pour conduire des changements architecturaux de tissu pendant la progression de LUSC est très limitée.
La culture tridimensionnelle (3D) est un outil important pour étudier les activités biologiques des changements cellulaires-intrinsèques et extrinsèques dans la régulation des changements architecturaux tissulaires dans les tissus normaux et malades5. Les cultures 3D fournissent le contexte structurel et fonctionnel approprié qui fait habituellement défaut dans les cultures bidimensionnelles traditionnelles (2D). Les dimensions ajoutées de ces systèmes imitent plus étroitement l’in vivo tissulaire dans beaucoup d’aspects de la physiologie cellulaire et des comportements cellulaires, y compris la prolifération, la différenciation, la migration, l’expression de protéine et la réponse au traitement de drogue. Ces dernières années, les efforts de divers laboratoires ont conduit au développement de modèles in vitro 3D à la fois pour le poumon normal ainsi que NSCLC6,7,8. Cependant, un modèle pour le carcinome squamous de poumon qui peut récapituler les changements architecturaux dynamiques de tissu pendant la tumorigenesis aussi bien qu’incorporer des composants stromaux clés n’était pas disponible.
Ici, nous décrivons les méthodes pour établir un nouveau système de coculture 3 dimensions (3D) à l’aide de cellules LUSC primaires dérivées de PDX (appelées TUM622) et CAFs9,10. Les deux TUM622 et CAFs sont dérivés du patient de NSCLC présentant les tumeurs mal différenciées10. Lorsqu’il est incorporé comme cellules simples dans ECM, une sous-population rare de cellules TUM622 ont la capacité de former des organoïdes avec des structures acinar-like qui affichent la polarité apical-basale appropriée de cellules. Ces structures acinar-like sont hyperplastiques, montrent l’expression hétérogène des marqueurs de tige-comme et de différenciation semblables à la tumeur originale tout en restant non-invasive, et imitent ainsi le stade le plus tôt du développement de LUSC. Fait important, nous avons montré que l’architecture tissulaire des structures acinar-like pourrait être modifiée par l’inhibition des voies de signalisation cellulaire-intrinsèques avec de petits inhibiteurs de molécule ou l’ajout de composants clés dans les ECM tels que les CAF, ce dernier qui améliore la formation d’acini et provoque davantage l’acini à devenir envahissant quand à proximité. Ensemble, ces données suggèrent que ce système de co-culture 3D des organoïdes LUSC fournit une plate-forme précieuse pour l’étude de la réciprocité dynamique entre les cellules LUSC et le TME et pourrait être adapté pour surveiller la réponse des cellules LUSC au traitement médicamenteux11.