Construire des modèles de peau pour de nombreuses applications - de la monoculture bidimensionnelle (2D) à la multiculture tridimensionnelle (3D)
20 octobre 2023
Ici, nous présentons des procédures simples et peu coûteuses pour introduire divers modèles de peau 3D pour la recherche de routine dans un laboratoire de culture cellulaire. Les chercheurs peuvent créer des modèles adaptés à leurs besoins sans s’appuyer sur des modèles disponibles dans le commerce.
Notre défi est de tester la cytotoxicité des ingrédients avant une utilisation cosmétique ou médicale. Les modèles commerciaux de peau 3D limités à environ trois types de cellules ne reflètent pas la complexité réelle de la peau. Et la peau a divers types de cellules avec des fonctions essentielles, ce qui pose un défi pour évaluer avec précision l’impact des ingrédients.
Nos résultats indiquent que la méthode d’adhésion cellulaire limite a produit plus de sphères bien formées par rapport aux méthodes couramment utilisées. De plus, il nécessite moins de manipulation, ce qui garantit une plus grande stabilité de la sphère. Dans notre équivalent cutané, nous utilisons jusqu’à quatre types de cellules cutanées, contrairement aux modèles commerciaux qui intègrent généralement un maximum de trois types de cellules.
Ces modèles de cellules manquent de précision dans la représentation de l’interaction réelle. Bien que les équivalents commerciaux de la peau en 3D offrent une meilleure représentation des tissus, leur coût limite leur utilisation généralisée. Par conséquent, nos modèles auto-établis permettent des expériences initiales rentables sur une plate-forme plus réaliste.
Nos protocoles décrivent des moyens simples et abordables de créer des modèles de peau 3D personnalisés, englobant des sphères et des équivalents. Contrairement aux options commerciales, nos modèles offrent une apparence et une composition réglables adaptées aux exigences de l’étude. La méthode est accessible, ne nécessitant pas de compétences ou d’équipements spécialisés, ce qui les rend reproductibles même par des chercheurs novices.
Notre objectif est de mettre en évidence la simplicité de la création de divers modèles cellulaires 3D, tout en mettant l’accent sur la valeur des modèles commerciaux certifiés dans la recherche. Nous soulignons l’importance d’utiliser des modèles réalistes, tels que des sphères et des équivalents. Montrer comment les cellules fabriquent des modèles peut aider à présélectionner les conditions de test avant d’utiliser des modèles certifiés.
Aperçu
Cet article présente des procédures simples et économiques permettant de créer des modèles cutanés 3D personnalisés dans des laboratoires de culture cellulaire. Ces modèles peuvent être adaptés à des besoins de recherche spécifiques, offrant une plateforme plus réaliste pour tester des ingrédients et la cytotoxicité.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Culture cellulaire
- Modèles cutanés tridimensionnels
- Essais de cytotoxicité
Contexte
- Les modèles cutanés 3D commerciaux présentent une diversité limitée de types cellulaires.
- La complexité réelle de la peau comprend divers types cellulaires ayant des fonctions essentielles.
- Les modèles cellulaires en 2D manquent de précision pour représenter les interactions réelles.
- Le coût limite l'utilisation généralisée des modèles 3D commerciaux.
Objectif de l'étude
- Développer des méthodes abordables et simples pour créer des modèles cutanés tridimensionnels.
- Permettre aux chercheurs de réaliser des expériences préliminaires sur des plateformes réalistes.
- Mettre en évidence l'importance de l'utilisation de modèles réalistes pour les tests d'ingrédients.
Méthodes utilisées
- Préparation de suspensions de cellules cutanées à partir de kératinocytes, de fibroblastes et de mélanocytes.
- Méthode de la goutte pendante pour créer des sphéroïdes cellulaires.
- Méthode de limitation de l'adhérence cellulaire pour former des agrégats stables.
- Surveillance de la croissance cellulaire et de la morphologie à l'aide de la microscopie optique.
Résultats principaux
- Les modèles auto-établis peuvent intégrer jusqu'à quatre types cellulaires.
- Les méthodes limitant l'adhésion cellulaire produisent des sphéroïdes plus stables et mieux formés.
- Les modèles personnalisés permettent une meilleure représentation de la complexité de la peau.
- Les modèles sont reproductibles, même par des chercheurs novices.
Conclusions
- Les modèles cutanés 3D sur mesure offrent une alternative économique aux options commerciales.
- Des modèles réalistes sont essentiels pour des tests précis des ingrédients.
- Des protocoles simples rendent ces modèles accessibles pour la recherche courante.
Questions fréquemment posées
Pertinence sectorielle pour les professionnels
Le passage des monocultures en 2D à des modèles cutanés multicellulaires tridimensionnels personnalisables répond au besoin de plateformes physiologiquement pertinentes et économiques pour les tests d'ingrédients et de cytotoxicité. Ces modèles permettent un criblage prédictif plus efficace en phase précoce et une réduction des risques, particulièrement dans un contexte où les contraintes réglementaires et éthiques limitent les essais sur les animaux. Leur accessibilité et leur adaptabilité favorisent une adoption plus large dans les flux de travail de découverte et précliniques, améliorant ainsi la prise de décision pour les portefeuilles de développement.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet d'analyser les effets des composés dans un contexte multicellulaire pertinent pour les tissus.
- Facilite la réduction des risques biologiques en modélisant la complexité réelle de la peau avec jusqu'à quatre types cellulaires.
- Renforce la fiabilité prédictive lors du choix précoce d'ingrédients ou de candidats médicaments.
Développement de criblages et de tests
- Propose des systèmes 3D validés et reproductibles pour des tests quantitatifs de cytotoxicité et d'ingrédients.
- Améliore la standardisation et l'évolutivité des tests par rapport aux modèles commerciaux ou aux modèles en 2D.
- Permet un préscreening fiable avant de passer à des modèles certifiés ou conformes aux exigences réglementaires.
Recherche translationnelle et préclinique
- Assure une continuité translationnelle en alignant les tests in vitro sur l'architecture cutanée pertinente pour la maladie.
- Permet une progression ajustée au risque en facilitant des prédictions précliniques plus précises.
- Réduit la dépendance aux modèles animaux, s'alignant ainsi sur les 3R et les tendances réglementaires.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Ces modèles cutanés 3D personnalisables s'utilisent depuis la découverte précoce jusqu'à l'évaluation préclinique, comblant ainsi l'écart entre les essais cellulaires simples et les études complexes in vivo.
- Biologie de la découverte : Permet la vérification d'hypothèses et la clarification des voies biologiques dans un environnement multicellulaire.
- Criblage : Fournit des résultats reproductibles et quantitatifs pour l'évaluation des ingrédients et de la cytotoxicité.
- Analytique : Permet une analyse comparative de la viabilité cellulaire, de la morphologie et de l'intégrité tissulaire selon différentes conditions.
- Recherche translationnelle : Offre une plateforme pour rapprocher les résultats in vitro de leur pertinence in vivo.
- Réutilisation en entreprise : Propose un système évolutif et adaptable, utilisable de manière répétée dans plusieurs projets et équipes.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans les études liées à la peau.
- Valeur opérationnelle : Normalise les flux de travail et permet la reproductibilité sans équipement spécialisé.
- Valeur stratégique : Améliore les décisions d'aller/arrêt et l'efficacité du capital en permettant un criblage précoce et réaliste.
- Impact sur le portefeuille : Favorise la priorisation et l'avancement ajustés au risque des candidats grâce à une pertinence biologique accrue.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite des compétences de base en culture cellulaire, accessible aux chercheurs novices comme expérimentés.
- Nécessite un équipement de laboratoire standard ; aucun instrument spécialisé requis.
- Exige une standardisation entre équipes pour la reproductibilité et la comparabilité des données.
- Adaptable à différents types cellulaires et besoins expérimentaux.
- Les limites incluent la variabilité liée à la manipulation manuelle et le risque de déformation des sphéroïdes lors du transfert.
