Établissement d’un modèle physiologique de micro-tumeurs vascularisées humaines pour la recherche sur le cancer
15 septembre 2023
Ce protocole présente un modèle de tumeur sur puce physiologiquement pertinent pour effectuer des recherches fondamentales et translationnelles à haut débit sur le cancer humain, en faisant progresser le dépistage des médicaments, la modélisation des maladies et les approches de médecine personnalisée avec une description des procédures de chargement, d’entretien et d’évaluation.
Notre plateforme de tumeurs sur puce a été développée pour modéliser physiologiquement la croissance des micro-tumeurs vascularisées humaines, et nous permet de répondre à la fois à des questions de recherche fondamentale et translationnelle. Questions portant sur la biologie tumorale de base, l’efficacité des médicaments, la réactivité tumorale, les processus immunologiques sous-jacents, l’intervention immunothérapeutique potentielle et les approches thérapeutiques personnalisées. Pour traduire efficacement les découvertes précliniques en traitements puissants contre le cancer, il faut reproduire fidèlement l’état de la maladie et les systèmes modèles.
Ce protocole décrit l’établissement de la micro-tumeur vascularisée, ou VMT, pour imiter le microenvironnement tumoral in vitro. Le VMT reproduit fidèlement les aspects clés d’une tumeur humaine, ce qui donne des résultats cliniquement pertinents. Notre modèle nous permet d’effectuer des recherches translationnelles sur le cancer humain physiologiquement pertinentes.
Plus précisément, notre protocole, contrairement à d’autres modèles, intègre des conditions d’écoulement dynamique, permet l’intégration des cellules immunitaires et de l’immunothérapie, et nous permet en outre d’intégrer des approches de médecine personnalisée. Nous utilisons le modèle VMT pour faire avancer les initiatives de médecine personnalisée dans les domaines préclinique et clinique. Ce modèle approfondit notre compréhension des facteurs microenvironnementaux dans les interactions cellule-cellule, influençant la résistance thérapeutique et la progression du cancer.
De plus, le VMT est prometteur dans la découverte de traitements personnalisés spécifiques aux patients pour des soins cliniques améliorés.
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Aperçu
Cet article présente un protocole détaillé pour établir une plateforme de microtumeur vascularisée (VMT) ou de tumeur-sur-puce qui imite étroitement le microenvironnement tumoral humain in vitro. Le système VMT intègre plusieurs types cellulaires humains dans des conditions d'écoulement dynamique au sein d'un dispositif microfluidique, permettant l'étude de la biologie tumorale, de l'efficacité des médicaments, des interactions immunitaires et des approches de médecine personnalisée dans un contexte physiologiquement pertinent.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Biologie du cancer
- Modélisation de l'environnement tumoral
- Génie tissulaire
- Microfluidique
Contexte
- Les modèles traditionnels de cancer in vitro échouent souvent à reproduire la complexité du microenvironnement tumoral.
- Des recherches précliniques efficaces et le développement de thérapies nécessitent des modèles intégrant la vascularisation et les barrières physiologiques.
- La plateforme VMT remédie à ces limites en formant des réseaux vasculaires de novo et en soutenant la croissance tumorale dans des conditions d'écoulement.
- L'intégration de cellules immunitaires et des capacités d'imagerie à haute résolution permettent des études avancées des interactions tumeur-immunité et de la métastase.
Objectif de l'étude
- Développer et valider un système microphysiologique qui recrée in vitro le microenvironnement tumoral humain.
- Permettre la recherche translationnelle sur la biologie tumorale, la réponse aux médicaments et l'immunothérapie.
- Faciliter la médecine personnalisée en adaptant la plateforme aux cellules dérivées de patients et aux traitements sur mesure.
Méthodes utilisées
- Préparation de suspensions cellulaires et des composants de la matrice extracellulaire (fibrinogène, thrombine, laminine).
- Chargement des mélanges cellules-matrice dans des plaques microfluidiques stérilisées par UV et polymérisation du gel.
- Mise en place d'un écoulement dynamique et perfusion de milieux à travers les microcanaux.
- Imagerie microscopique pour suivre la formation du réseau vasculaire, la distribution cellulaire et la réalisation d'essais fonctionnels (par exemple, perfusion de dextran-FITC).
- Perfusion de cellules cancéreuses et de cellules immunitaires (par exemple, lymphocytes T) afin d'étudier l'extravasation et les interactions entre cellules.
Résultats principaux
- Les cellules endothéliales ont formé des réseaux vasculaires continus et perfusés en quatre jours, confirmé par une fuite minimale de dextran-FITC.
- Les cellules cancéreuses perfusées dans le système se sont fixées à l'endothélium et ont extravasé, formant des micrométastases en 24 heures.
- L'imagerie en temps réel a montré une adhésion rapide des lymphocytes T et leur extravasation dans le microenvironnement tumoral.
- Le modèle VMT conservait l'hétérogénéité tumorale, les signatures d'expression génique et les profils de réponse aux médicaments similaires à ceux des tumeurs in vivo.
Conclusions
- La plateforme VMT fournit un modèle solide et physiologiquement pertinent pour l'étude de la biologie tumorale humaine et des réponses thérapeutiques.
- Elle permet d'explorer la dynamique des cellules immunitaires, les obstacles à la délivrance des médicaments et les stratégies de traitement personnalisées.
- Cette approche fait progresser la recherche fondamentale et translationnelle sur le cancer en comblant l'écart entre les modèles traditionnels in vitro et la réalité clinique.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
Les modèles de tumeurs physiologiquement pertinents restent un goulot d'étranglement critique pour la découverte prédictive de médicaments en oncologie et la recherche translationnelle. La plateforme de microtumeur vascularisée (VMT) permet une reconstitution de haute fidélité du microenvironnement tumoral humain, soutenant une évaluation robuste de la distribution des médicaments, de l'infiltration des cellules immunitaires et de la réponse thérapeutique. Ce système améliore la fiabilité prédictive au point critique préclinique, ayant un impact direct sur le tri des portefeuilles de projets et les initiatives de médecine personnalisée.
Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet d'étudier la biologie tumorale et les mécanismes microenvironnementaux influençant la résistance thérapeutique.
- Permet la validation fonctionnelle de cibles dans un contexte vascularisé pertinent pour l'humain.
- Facilite la réduction des risques mécanistiques en modélisant les interactions entre le système immunitaire, la tumeur et le stroma.
- Améliore la fiabilité prédictive pour l'avancement de cibles candidates dans les filières de criblage.
Développement de tests et criblage
- Offre une plateforme standardisée et reproductible pour des essais quantitatifs d'efficacité des médicaments et d'extravasation des cellules immunitaires.
- Permet une imagerie haute résolution et une visualisation directe du comportement des composés et des cellules dans un microenvironnement perfusé.
- Prend en charge l'évolutivité des essais et la réutilisation de la plateforme sur divers types de tumeurs et échantillons dérivés de patients.
- Fournit des lectures physiologiquement pertinentes pour le classement des composés et les études mécanistiques.
Recherche translationnelle et préclinique
- S'aligne sur l'hétérogénéité tumorale humaine et les signatures d'expression génique pertinentes pour la maladie.
- Permet une continuité allant de la découverte à la validation préclinique en utilisant des cellules primaires de patients.
- Favorise la découverte de biomarqueurs translationnels et l'évaluation de stratégies thérapeutiques personnalisées.
- Réduit le risque translationnel en modélisant des barrières à la distribution des médicaments et des réponses immunitaires semblables à celles observées in vivo.
Intégration des pipelines et des flux de travail
La plateforme VMT relie la découverte précoce, l'identification de candidats thérapeutiques et la recherche translationnelle en offrant un système physiologiquement pertinent et évolutif pour les tests d'hypothèses et l'évaluation de médicaments.
- Biologie de la découverte : Modélise les interactions tumeur-immunitaires et stromales afin de clarifier les dépendances des voies biologiques et les mécanismes de résistance.
- Criblage : Fournit des résultats reproductibles et quantitatifs pour les tests de médicaments et de cellules immunitaires dans des conditions d'écoulement dynamique.
- Analytique : Permet une imagerie à haut contenu et des mesures quantitatives de l'extravasation, de la métastase et de la réponse thérapeutique.
- Recherche translationnelle : Facilite l'alignement des biomarqueurs et la médecine personnalisée en intégrant des cellules primaires issues de patients.
- Réutilisation en entreprise : Adaptable à divers types de tumeurs et programmes de recherche, favorisant la standardisation des plateformes et la comparabilité entre projets.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche en oncologie.
- Valeur opérationnelle : Normalise la modélisation complexe des tumeurs et permet des flux de travail reproductibles et évolutifs.
- Valeur stratégique : Améliore la qualité des décisions de poursuite ou d'abandon et l'efficacité du capital en réduisant les risques des candidats en phase précoce.
- Impact sur le portefeuille : Favorise la priorisation et l'avancement, ajustés au risque, des actifs présentant un potentiel translationnel validé.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en microfluidique, en ingénierie tissulaire et en imagerie avancée.
- Exige un accès à des instruments spécialisés pour la manipulation des dispositifs microfluidiques et l'imagerie de cellules vivantes.
- Implique une standardisation interéquipes concernant l'approvisionnement en cellules, les conditions de co-culture et les protocoles analytiques.
- Adaptable à divers types de tumeurs et à des échantillons primaires de patients, moyennant une optimisation du protocole.
- Les limites pratiques incluent des contraintes en termes de débit et la nécessité d'une validation rigoureuse de nouvelles sources cellulaires.
Foire aux questions en biopharmacie
Chapters in this video
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Introduction
1:41
Preparing a Vascularized Micro‐Tumor System Using Human Cells for Studying Tumors and Drug Responses
3:34
Introducing Human Cells intoa Microfluidic Device to Investigate Tumor Progression in a Vascularized Micro‐Tumor System
