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La culture cellulaire est un outil indispensable pour découvrir les mécanismes biologiques fondamentaux impliqués dans le développement, la fonction, la régénération et la perturbation des tissus et des organes, et la maladie. Bien que la culture cellulaire 2D monocouche ait prédominé, les recherches récentes se sont orientées vers des cultures générant des structures 3D reflétant davantage les réponses cellulaires in vivo, en raison notamment d’une organisation spatiale supplémentaire et de contacts cellule-cellule qui influencent l’expression des gènes et le comportement cellulaire et pourraient ainsi fournir des données plus prédictives7. Néanmoins, de nombreux défis demeurent, notamment le besoin de techniques de coloration et d’imagerie conviviales pour la visualisation microscopique détaillée et l’évaluation de structures 3D complexes aux niveaux cellulaire et subcellulaire. Dans ce contexte, des protocoles détaillés, robustes et complémentaires ont été fournis pour effectuer la coloration et l’imagerie de résolution cellulaire et subcellulaire de modèles de culture cellulaire 3D fixes in vitro allant de 100 μm à plusieurs millimètres.
Cette procédure présente deux stratégies différentes pour traiter une grande variété de tailles et de types de modèles de culture cellulaire 3D in vitro. Le choix de l’un (analyse 3D monture entière) ou de l’autre (analyse de sectionnement 2D) dépendra du modèle utilisé et du problème étudié. L’analyse 3D à monture entière par microscopie confocale permet de visualiser des cellules avec un champ de profondeur allant jusqu’à 200 μm, quelle que soit la taille globale de la structure 3D, tandis que la coupe 2D est applicable aux échantillons de toute taille, mais la visualisation reste dimensionnelle 2D. Vous trouverez ci-dessous quelques suggestions de dépannage et de considérations techniques.
La perte de structures 3D pendant le flux de travail est l’inconvénient le plus courant. Ils peuvent rester adhérents aux embouts et aux tubes, c’est pourquoi les embouts et tubes de prérevêtement avec une solution PBS-BSA à 0,1% sont essentiels. De plus, il est crucial de laisser les structures 3D sédimenter entre les changements de réactifs et d’effectuer tout le pipetage très soigneusement. Comme mentionné dans la procédure, pour toutes les étapes, si la sédimentation de la structure 3D est trop longue, les cellules peuvent être filées doucement à 50 × g pendant 5 min à TA. Selon l’objectif de l’étude, les avantages/inconvénients d’une telle étape de filature doivent être pris en compte car la centrifugation peut compromettre la forme des structures 3D. De plus, il faut veiller à préserver cette morphologie lors de l’étape de fixation car les organoïdes kystiques ont tendance à s’affaisser. La fixation de structures de moins de 400 μm devrait empêcher les changements structurels.
Pour un immunomarquage optimal, la récupération des organoïdes à partir de leurs matrices 3D est une étape cruciale. La matrice 3D peut empêcher une pénétration adéquate des anticorps ou entraîner une coloration de fond élevée en raison d’une liaison non spécifique à la matrice. L’élimination de la MEC peut modifier la morphologie des segments externes des organoïdes (notamment dans le cas de petites protubérances cellulaires s’étendant à partir de structures 3D étudiées) et entraver partiellement les analyses. Pour de telles structures 3D, la matrice peut être conservée tout au long de la procédure; Cependant, les conditions de culture doivent être soigneusement adaptées pour faire pousser des cellules dans une quantité minimale de matrice afin d’éviter une pénétration insuffisante des solutions et des anticorps et d’éviter les étapes successives de lavage visant à réduire le bruit de fond excessif 6,8.
L’étape de dégagement optique décrite dans ce protocole dans la section de coloration 3D de montage entier est pertinente pour l’imagerie de structures 3D jusqu’à 150-200 μm de profondeur au lieu de 50-80 μm sans effacement. Par rapport à d’autres méthodes de compensation qui nécessitent souvent plusieurs semaines et utilisant des agents de compensation toxiques, une étape de nettoyage rapide et sûre publiée précédemment a été utilisée dans ce protocole 4,9. De plus, cette étape de compensation est réversible, et de nouveaux anticorps peuvent être ajoutés à la coloration initiale sans perte de résolution ou de luminosité4. Néanmoins, selon le modèle de culture cellulaire 3D étudié, une profondeur de 150 à 200 μm pourrait ne pas être suffisante pour imager la structure 3D de manière informative, et ce protocole de nettoyage peut provoquer des changements dans la morphologie générale des organoïdes sphériques monocouches avec de grandes lumières4. Les utilisateurs doivent soigneusement concevoir leur expérience et, si nécessaire, optimiser le moment de l’étape de perméabilisation/blocage (pour permettre la pénétration des anticorps et de la solution), l’étape de dégagement (pour pénétrer à plus de 200 μm, les échantillons doivent être totalement effacés) et l’acquisition d’images. Les deux technologies les plus répandues disponibles dans les installations centrales seraient la microscopie à feuille légère et la microscopie confocale. Les utilisateurs devront choisir soigneusement une technologie en fonction de la taille de leurs structures 3D et de leur question biologique10. Cependant, par rapport à la microscopie confocale, la résolution de la microscopie à feuille de lumière obtenue pour de telles structures profondes reste sous-optimale pour obtenir une résolution subcellulaire.
Ici, un processus détaillé et robuste a été rapporté qui est dédié à l’incorporation de paraffine d’échantillons uniques. Fait intéressant, Gabriel et al. ont récemment développé un protocole intégrant des cultures cellulaires 3D dans de la paraffine avec un débit accru. Ils ont utilisé un moule polydiméthylsiloxane (PDMS) pour confiner 96 structures 3D dans un modèle de microréseau dans un seul bloc, offrant de nouvelles perspectives pour les études sur les modèles tumoraux 3D englobant plus de groupes, de points temporels, de conditions de traitement et de répliques11. Cependant, cette méthode nécessite des compétences et des machines étendues, notamment pour la fabrication du prémoule utilisé pour créer les moules PDMS.
En résumé, cet article décrit deux approches différentes, complémentaires et adaptables permettant l’acquisition d’informations précises et quantitatives sur la composition architecturale et cellulaire des modèles cellulaires 3D. Ces deux paramètres sont cruciaux pour étudier les processus biologiques tels que l’hétérogénéité cellulaire intratumorale et son rôle dans la résistance aux traitements.