Interview: bioréacteurs et de surfaçage-Modified-3D Echafaudages pour la recherche de cellules souches

Je m’appelle Karlan et je travaille comme biophysicien à l’Institut des interfaces biologiques. Au Cal Screw Institute of Technology, nous développons des bioréacteurs et des échafaudages tridimensionnels modifiés en surface pour la culture de tissus fonctionnels et pour la recherche sur les cellules souches, nous nous intéressons principalement à l’interaction des cellules avec leur environnement artificiel. Un éditorial de Nature en 2003 a posé la question par la biologie plate, et la question est, qu’est-ce que cela implique ?

Dans le passé, de nombreux systèmes de culture in vitro, principalement des cultures monocouches, souffraient des inconvénients que, par exemple, les cellules primaires différenciées avaient une durée de vie relativement courte et se dédifférenciaient au cours de la culture. Cela signifie qu’ils ont perdu très rapidement la plupart de leurs fonctions spécifiques aux organes. Par conséquent, afin de reproduire de meilleures conditions pour ces cellules in vitro, de nombreuses modifications et adaptations différentes ont été apportées dans les cultures monocouches conventionnelles.

Et cela inclut la composition du milieu de culture et la création d’un revêtement des récipients de culture dans lequel les cellules forment principalement des monocouches. Et toutes ces approches indiquent l’importance des interactions entre les matrices cellulaires ainsi que de la communication entre cellules. Un autre aspect important semble être l’établissement de contextes cellulaires spécifiques, qui sont réalisés par exemple, par des complexes jonctionnels lacunaires, qui sont caractéristiques communes à de nombreuses cellules in vivo.

Dans les cultures monocouches conventionnelles, la communication jonctionnelle lacunaire est rapidement perdue. Depuis longtemps. Il est possible de rétablir in vitro dans une certaine mesure un arrangement tissulaire de cellules en utilisant la technique dite des stéroïdes.

Un exemple de notre laboratoire est que nous avons pu montrer que même les hépatocytes ru adultes sont capables de former des stéroïdes et de rester viables pendant au moins des semaines dans ces agrégats. Les hépatocytes restent en contact étroit les uns avec les autres, favorisant la communication cellulaire, ce qui permet de stabiliser les fonctions spécifiques des hépatocytes. Mais nous avons également constaté que cette technique de culture tridimensionnelle conventionnelle présente plusieurs inconvénients.

La taille globale est critique. Ils pourraient induire une nécrose pour de grands diamètres d’agrégats, et dans la plupart des cas, le rapport volume/cellule moyen n’est pas approprié. De plus, les forces de cisaillement et les cultures de cônes peuvent être problématiques.

Les organes et les tissus des organismes vivants sont, entre autres, caractérisés par des densités cellulaires très élevées, le transport actif dirigé de substances à travers ces couches tissulaires est également une caractéristique importante. Par conséquent, des modèles tissulaires organotypiques in vitro réalistes devraient reconstruire au plus près cette architecture naturelle. Et un déterminant essentiel de la limitation de tels systèmes est le rapport approprié entre le milieu et le volume de la cellule.

J’ai déjà mentionné que nous avons conçu un boîtier de cellule adapté en forme d’échafaudage de polymères microstructurés avec précision, qui offre un récipient de taille uniforme pour la culture tridimensionnelle d’agrégats cellulaires. Pour l’échafaudage des polymères, nous utilisons de préférence du PMMA ou du polyéther PC, de l’ate ou du polycarbonate. Et il s’agit d’un dispositif plantaire microstructuré d’un centimètre carré, qui offre un réseau dense de plus de 1000 de ces conteneurs.

Pour la culture tridimensionnelle d’agrégats cellulaires, il s’est avéré qu’il convient à la culture cellulaire 3D sur plusieurs semaines. Et chacun de ces petits conteneurs cubiques du réseau a une longueur de bord d’environ 300 micromètres. La conception spéciale de cet échafaudage et de la périphérie, c’est-à-dire la chambre d’incubation.

L’alimentation en fluide et en gaz permet différents modes d’alimentation en fluide. Première superfusion. Cela signifie que les deux côtés du tissu sont alimentés séparément par le milieu nutritionnel, et deuxièmement, par la perfusion.

Cela signifie qu’un flux moyen est forcé de pénétrer dans la couche de tissu. Le mode de perfusion peut être utilisé pour créer des conditions qui imitent mieux la vascularisation in vivo, mais même un mode mixte de perfusion et de superfusion est possible. Différentes générations de vaisseaux cellulaires ont été développées.

Chaque génération peut être utilisée avec une certaine conception pour répondre aux besoins de toute application spéciale. Par exemple, des conceptions de bioréacteurs à un ou deux navires ont été construites, ainsi que des arrangements à plusieurs titres adressables séparément ou une variance hautement parallèle. En tant que versions mises à l’échelle pour la dernière génération de ces différentes formes, les conteneurs dits micro-thermoformés, une certaine technologie a été développée, qui offre la possibilité supplémentaire de modifier toute la surface de ces conteneurs formés en 3D, même un motif de surface et une échelle submicronique avec des molécules de signalisation sont possibles.

De plus, des capteurs et des électrodes de signal peuvent être incorporés. Les applications vont de la recherche fondamentale et de la biologie cellulaire à la toxicologie et à la pharmacologie, en passant par le criblage à haut débit. Un point très important à la fin est le fait que la dernière génération de nos puces de micro-thermoformage a été optimisée pour permettre des processus de production de masse bon marché et donc pour une application dans d’autres laboratoires.