Hydrogels
Figure 1.Les hydrogels permettent une culture cellulaire en 3D plus proche des conditions biologiques réelles.
Dans leur environnement physiologique, les cellules interagissent généralement avec des facteurs extracellulaires en trois dimensions (3D). La matrice extracellulaire (MEC) est un ensemble complexe de polymères biologiques composé de peptides, de polysaccharides, de protéines, d’enzymes et de molécules de signalisation qui se trouvent à l’extérieur des cellules. Les interactions entre les cellules et la MEC qui les entoure fournissent des signaux susceptibles d’influencer la polarisation, la forme, la motilité, la différenciation et de nombreux autres phénotypes cellulaires. La culture cellulaire traditionnelle s'effectue sur un substrat bidimensionnel (2D), généralement en polystyrène ou en verre, et les cellules cultivées de cette manière ne reproduisent souvent pas fidèlement de nombreux phénotypes observés chez ces mêmes types de cellules in vivo. Une approche visant à faire en sorte que les cellules cultivées in vitro ressemblent davantage à leur type de tissu physiologique correspondant consiste à les intégrer et à les cultiver au sein d’un hydrogel 3D qui imite la MEC physiologique. Cette stratégie s’inscrit dans le cadre plus large de la culture cellulaire en trois dimensions, généralement appelée « culture cellulaire 3D ». Voir ci-dessous pour plus d’informations sur les hydrogels 3D synthétiques et d’origine naturelle.
Products
Applications des hydrogels 3D
Les cellules cultivées dans des hydrogels 3D se sont révélées précieuses pour de nombreuses applications. Les lignées cellulaires immortalisées traditionnelles peuvent être cultivées au sein d’hydrogels pour former des complexes multicellulaires appelés sphéroïdes. Il a été démontré que les sphéroïdes fournissent une mine d’informations qui ne ressortent pas lorsque ces mêmes cellules sont cultivées dans des conditions 2D. Les cellules souches cultivées dans des hydrogels 3D peuvent se différencier en plusieurs types cellulaires qui ressemblent étroitement aux tissus natifs. Elles peuvent être programmées pour former des organoïdes en 3D, des structures miniatures d’organes différenciées qui ont été utilisées comme modèles in vitro hautement prédictifs, reproductibles et évolutifs de physiologies complexes. D’autres applications de la culture cellulaire dans des hydrogels se sont concentrées sur l’étude des propriétés physiques de l’hydrogel en relation avec les comportements mécanosensibles des cellules, notamment la formation de caractéristiques morphologiques et la motilité cellulaire.
Hydrogels 3D d’origine naturelle
La méthode la plus courante pour reproduire in vitro la matrice extracellulaire physiologique consiste à utiliser un extrait de MEC native provenant d’une source biologique. Traditionnellement, l’extrait de MEC issu de la membrane basale du sarcome murin d’Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) est utilisé pour les applications de culture cellulaire en 3D. L’extrait de MEC EHS se présente sous forme liquide à 4 °C et se gélifie à température ambiante, ce qui permet d’y incorporer facilement les cellules. Ce produit est commercialisé sous le nom d’hydrogel ECM Gel. Pour certaines applications, il est important d’utiliser un extrait de MEC issu de cellules humaines. MaxGel™ ECM est un extrait de membrane basale (BME) d’origine humaine obtenu in vitro.
Figure 2.Matrice extracellulaire synthétique (MEC).
Hydrogels synthétiques en 3D
La reconstitution d’un hydrogel synthétique peut constituer le choix optimal pour certaines applications. Une formulation d’hydrogel chimiquement définie améliore la reproductibilité, et la présence ainsi que la concentration des composants du milieu, tels que les facteurs de croissance, sont connues. De plus, certains paramètres physiques clés d’un hydrogel peuvent s’avérer importants pour des applications spécifiques. Parmi ceux-ci figurent :
- le module d'élasticité
- la taille des pores
- le gonflement de l’hydrogel
- la réticulation
- les conditions de dissociation
Nous proposons plusieurs réactifs, kits et protocoles destinés à la mise au point d’hydrogels synthétiques, notamment les matrices d’hydrogel HyStem®, les kits d’hydrogel TrueGel3D™ et la technologie Cell-In-a-Box®.
Ressources connexes
- TrueGel3D™ Hydrogel for 3D Cell Culture
TrueGel3D™ is a synthetic hydrogels platform for 3D cell culture that aim to mimic the natural extracellular environment for more physiological culture conditions
- Hydrogels for 3D Cell Culture
Hydrogela are the most widely used systems for 3D cell culture. Learn more about this technology (what are hydrogels? How to chose?)
- HyStem™ Hyaluronic Acid Based Hydrogels for 3D Cell Culture Applications
Hystem 3D hydrogels are based on hyaluronic acid, a major component of the extracellular matrix. 3D cell culture can be done using Hystem hydrogels.
- ECM Gel Matrix: Protocols Using EHS Basement Membrane Extracts
Cell culture protocols using Sigma ECM Gel Matrix EHS basement membrane extract (BME) for neurite outgrowth, cell invasion and angiogenesis tube formation assays.
- MaxGel™ ECM Hydrogel: An In Vitro Human Cell Derived Basement Membrane Extract for 3D Cell Culture Applications
Human cell derived basement membrane extract (BME) hydrogel for 3D cell culture of primary cell, stem cell and xenograph cancer models.
- Photocrosslinkable Hydrogels for 3D Cell Culture
Methacrylated hydrogels enable 3D cell culture scaffolds and bioprinting using light crosslinking.