Hydrogels
Les cellules dans leur environnement physiologique interagissent typiquement avec les facteurs extracellulaires dans les trois dimensions (3D). La matrice extracellulaire (MEC) est une formulation complexe de polymères biologiques composée de peptides, de polysaccharides, de protéines, d'enzymes et de molécules de signalisation qui se trouvent à l'extérieur de la cellule. Les interactions entre les cellules et la MEC environnante fournissent des indications qui peuvent influer sur la polarisation, la forme, la motilité, la différenciation des cellules, ainsi que sur de nombreux autres phénotypes. La culture cellulaire traditionnelle se fait sur un substrat en deux dimensions (2D), généralement en polystyrène ou en verre, et les cellules cultivées de cette manière ne reproduisent souvent pas complètement un certains nombre de phénotypes observés chez les mêmes types de cellules in vivo. Notre approche visant à rendre les cellules cultivées in vitro plus étroitement similaires à leur type de tissu physiologique correspondant consiste à intégrer et à cultiver les cellules dans un hydrogel en 3D qui imite la MEC physiologique. Cette stratégie constitue une sous-catégorie de l'approche plus globale de la culture de cellules en trois dimensions, typiquement appelée culture cellulaire en 3D.
Figure 1.Les hydrogels permettent de cultiver des cellules en 3D qui sont pertinentes sur le plan biologique.
Applications des hydrogels en 3D
Les cellules cultivées dans des hydrogels en 3D se sont avérées précieuses pour de nombreuses applications. Les lignées cellulaires immortalisées traditionnelles peuvent être cultivées en étant intégrées à des hydrogels pour former des complexes multicellulaires appelés sphéroïdes. Il a été montré que ces sphéroïdes fournissent une grande quantité d'informations qui ne peuvent être obtenues avec les mêmes cellules cultivées en 2D. Les cellules souches cultivées dans des hydrogels en 3D peuvent se différencier en de multiples types de cellules qui ressemblent étroitement aux tissus endogènes. Elles peuvent être programmées pour former des organoïdes en 3D, des structures différenciées du type mini-organe qui servent de modèles in vitro hautement prédictifs, reproductibles et transposables, à la physiologie complexe. D'autres applications de la culture de cellules au sein d'hydrogels se sont focalisées sur l'étude des propriétés physiques de l'hydrogel et des comportements mécano-sensibles des cellules, notamment la formation des attributs morphologiques et la motilité cellulaire.
Hydrogels en 3D d'origine naturelle
La méthode la plus conventionnelle pour imiter in vitro la matrice extracellulaire physiologique consiste à utiliser un extrait de MEC endogène d'origine biologique. Traditionnellement, les applications de culture cellulaire en 3D utilisent un extrait de MEC issu de la membrane basale d'un sarcome de Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) murin. Pratique, l'extrait de MEC EHS est liquide à 4 °C et gélifie à température ambiante, ce qui permet d'incorporer facilement les cellules. Ce produit est vendu en tant qu'hydrogel gélifié de MEC. Pour certaines applications, il est important d'utiliser un extrait de MEC issu de cellules humaines. La MEC MaxGel™ est un extrait de membrane basale humaine produit in vitro.
Hydrogels en 3D de synthèse
Pour certaines applications, reconstituer un hydrogel synthétique peut représenter le choix optimal. Une formulation d'hydrogel chimiquement définie améliore la reproductibilité ; de plus, la présence et la concentration de chaque constituant du milieu (comme les facteurs de croissance) sont bien connues. Les principaux paramètres physiques d'un hydrogel peuvent en outre s'avérer importants pour certains applications particulières. On peut citer notamment :
- le module élastique
- la taille des pores
- le gonflement de l'hydrogel
- la réticulation
- les conditions de dissociation
Nous proposons plusieurs réactifs, kits et protocoles destinés au développement d'hydrogels synthétiques, notamment les hydrogels de support HyStem®, les kits d'hydrogel TrueGel3D™ et la technologie Cell-In-a-Box®.
Figure 2.Matrice extracellulaire (MEC) synthétique
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