Les ingénieurs du MIT, en collaboration avec des scientifiques du Cancer Research UK Manchester Institute, ont développé une nouvelle façon de cultiver de minuscules répliques du pancréas, en utilisant des cellules pancréatiques saines ou cancéreuses. Leurs nouveaux modèles pourraient aider les chercheurs à développer et à tester des médicaments potentiels pour le cancer du pancréas, qui est actuellement l’un des types de cancer les plus difficiles à traiter.
À l’aide d’un gel spécialisé qui imite l’environnement extracellulaire entourant le pancréas, les chercheurs ont pu cultiver des « organoïdes » pancréatiques, leur permettant d’étudier les interactions importantes entre les tumeurs pancréatiques et leur environnement. Contrairement à certains des gels maintenant utilisés pour la croissance des tissus, le nouveau gel MIT est entièrement synthétique, facile à assembler et peut être produit avec une composition cohérente à chaque fois.
« La question de la reproductibilité est une question majeure », déclare Linda Griffith, professeure d’innovation pédagogique à la School of Engineering et professeure de génie biologique et de génie mécanique. « La communauté des chercheurs a cherché des moyens de faire des cultures plus méthodiques de ces types d’organoïdes, et en particulier de contrôler le microenvironnement. »
Les chercheurs ont également montré que leur nouveau gel peut être utilisé pour cultiver d’autres types de tissus, y compris les tissus intestinaux et endométriaux.
Griffith et Claus Jorgensen, chef de groupe au Cancer Research UK Manchester Institute, sont les auteurs principaux de l’article, qui paraît aujourd’hui dans Matériaux naturels. L’auteur principal est Christopher Below, un ancien étudiant diplômé du Cancer Research UK Manchester Institute.
Imiter le microenvironnement
Traditionnellement, les laboratoires ont utilisé un gel dérivé de tissus disponible dans le commerce pour faire pousser des organoïdes dans une boîte de laboratoire. Cependant, comme le gel commercial le plus largement utilisé est un mélange complexe de protéines, de protéoglycanes et de facteurs de croissance dérivés d’une tumeur cultivée chez la souris, il varie d’un lot à l’autre et contient des composants indésirables, explique Griffith. Il ne permet pas toujours la croissance de plusieurs types de cellules. Il y a environ 10 ans, le laboratoire de Griffith a commencé à travailler sur la conception d’un gel synthétique qui pourrait être utilisé pour cultiver des cellules épithéliales, qui forment les feuilles qui tapissent la plupart des organes, ainsi que d’autres cellules de soutien.
Le gel qu’ils ont développé est à base de polyéthylène glycol (PEG), un polymère souvent utilisé pour des applications médicales car il n’interagit pas avec les cellules vivantes. En étudiant les propriétés biochimiques et biophysiques de la matrice extracellulaire, qui entoure les organes du corps, les chercheurs ont pu identifier les caractéristiques qu’ils pourraient incorporer dans le gel PEG pour aider les cellules à s’y développer.
Une caractéristique clé est la présence de molécules appelées ligands peptidiques, qui interagissent avec des protéines de surface cellulaire appelées intégrines. La liaison collante entre les ligands et les intégrines permet aux cellules d’adhérer au gel et de former des organoïdes. Les chercheurs ont découvert que l’incorporation de petits peptides synthétiques dérivés de la fibronectine et du collagène dans leurs gels leur permettait de développer une variété de tissus épithéliaux, y compris le tissu intestinal. Ils ont montré que les cellules de soutien appelées cellules stromales, ainsi que les cellules immunitaires, peuvent également prospérer dans cet environnement.
Dans la nouvelle étude, Griffith et Jorgensen voulaient voir si le gel pouvait également être utilisé pour soutenir la croissance des organoïdes pancréatiques normaux et des tumeurs pancréatiques. Traditionnellement, il a été difficile de faire pousser du tissu pancréatique de manière à reproduire à la fois les cellules cancéreuses et l’environnement de soutien, car une fois que les cellules tumorales pancréatiques sont retirées du corps, elles perdent leurs traits cancéreux distinctifs.
Le laboratoire de Griffith a développé un protocole pour produire le nouveau gel, puis s’est associé au laboratoire de Jorgensen, qui étudie la biologie du cancer du pancréas, pour le tester. Jorgensen et ses étudiants ont pu produire le gel et l’utiliser pour cultiver des organoïdes pancréatiques, en utilisant des cellules pancréatiques saines ou cancéreuses dérivées de souris.
« Nous avons obtenu le protocole de Linda et nous avons reçu les réactifs, puis cela a fonctionné », explique Jorgensen. « Je pense que cela en dit long sur la robustesse du système et sa facilité de mise en œuvre en laboratoire. »
D’autres approches qu’ils avaient essayées étaient trop compliquées ou ne récapitulaient pas le microenvironnement observé dans les tissus vivants, dit-il. En utilisant ce gel, le laboratoire de Jorgensen a pu comparer les organoïdes pancréatiques aux tissus qu’ils ont étudiés chez des souris vivantes, et ils ont découvert que les organoïdes tumoraux expriment bon nombre des mêmes intégrines que celles observées dans les tumeurs pancréatiques. En outre, d’autres types de cellules qui entourent normalement les tumeurs, notamment les macrophages (un type de cellules immunitaires) et les fibroblastes (un type de cellules de soutien), ont également pu se développer dans le microenvironnement.
Cellules dérivées du patient
Les chercheurs ont également montré qu’ils peuvent utiliser leur gel pour faire pousser des organoïdes à partir de cellules cancéreuses du pancréas de patients. Ils pensent que cela pourrait également être utile pour étudier les cancers du poumon, colorectal et autres. De tels systèmes pourraient être utilisés pour analyser comment les médicaments anticancéreux potentiels affectent les tumeurs et leur microenvironnement.
Griffith prévoit également d’utiliser le gel pour faire croître et étudier les tissus de patientes atteintes d’endométriose, une maladie qui provoque la croissance du tissu qui tapisse l’utérus à l’extérieur de l’utérus. Cela peut entraîner des douleurs et parfois l’infertilité.
L’un des avantages du nouveau gel est qu’il est entièrement synthétique et qu’il peut être fabriqué facilement en laboratoire en mélangeant des précurseurs spécifiques, dont le PEG et certains polypeptides. Les chercheurs ont déposé un brevet sur la technologie et sont en train de le concéder sous licence à une entreprise qui pourrait produire le gel commercialement.
