Culture cellulaire en 3D

Techniques de culture cellulaire 3D sur support

Dans la culture sur support, les cellules sont maintenues dans toutes les dimensions soit par une structure artificielle, soit par un réseau polymère appelé hydrogel. Ces réseaux hydrophiles peuvent contenir plus de 90 % d’eau et être composés de protéines de la matrice extracellulaire (MEC) d’origine animale, ou se présenter sous forme de formulations synthétiques sans composants d’origine animale. Les cellules sont intégrées dans des hydrogels afin de simuler la matrice extracellulaire in vivo.

Des « supports durs » peuvent également être créés à l’aide de matériel de culture spécialisé présentant des structures fibreuses ou spongieuses, souvent composés de matériaux biodégradables tels que le polycaprolactone ou le polystyrène optiquement transparent afin d’optimiser l’imagerie. Bien que ces supports manufacturés ressemblent moins à la MEC in vivo, ils peuvent améliorer la reproductibilité et faciliter la récupération des cellules issues de la culture.

Systèmes de culture cellulaire
3D sans support

Lorsque les cellules ne sont pas cultivées sur des supports, elles peuvent former des agrégats 3D appelés sphéroïdes, qui sécrètent leur propre MEC pour se rapprocher davantage des tissus solides natifs. Parmi les exemples courants, on peut citer les sphères tumorales cancéreuses, qui permettent d’étudier les gradients d’oxygène et l’accès aux nutriments lors de la formation des tumeurs. La culture de sphéroïdes est souvent privilégiée pour le criblage à haut débit de composés dans le développement de médicaments et la toxicologie, où les sphéroïdes constituent des modèles plus pertinents sur le plan biologique que les cultures 2D. La culture de sphéroïdes peut être réalisée dans divers environnements, notamment des microplaques à faible adhérence, des bioréacteurs et des systèmes de culture microfluidiques. Les systèmes avec ou sans support permettent une interaction dans toutes les directions avec le substrat, d’autres cellules et des facteurs extracellulaires.

Applications avancées de la culture cellulaire en 3D

Les systèmes cellulaires 3D avancés offrent aux chercheurs un compromis entre l’accessibilité des techniques classiques de culture cellulaire en 2D et la pertinence biologique des modèles animaux in vivo, tout en soulevant moins de problèmes éthiques. Récemment, l’utilisation de méthodes avancées de culture cellulaire en 3D, telles que les sphéroïdes tumoraux, les organoïdes dérivés de cellules souches ou de patients, ainsi que l’ingénierie tissulaire via la bio-impression 3D à partir de cellules et de bio-encres, a été mise en œuvre afin de modéliser plus fidèlement les réponses cellulaires in vivo. Des organoïdes dérivés de cellules iPS sont désormais disponibles dans le commerce pour certains tissus, ce qui améliore le potentiel de reproductibilité et accélère l’obtention de résultats par rapport aux organoïdes cultivés en laboratoire.