Automatisation du criblage à haut débit des modèles 3D : Dispensation automatisée des cellules du cancer du col de l'utérus et de l'endomètre

Le cancer du col de l’utérus (cervical cancer) et le cancer de l’endomètre (endometrial cancer) représentent des défis majeurs dans le domaine de la santé féminine, avec des taux de mortalité élevés et des options de traitement limitées, ce qui rend la recherche dans ce domaine particulièrement importante. Les modèles de criblage cellulaire traditionnels en deux dimensions (2D) peuvent fournir des informations sur l’impact des médicaments sur les cellules individuelles, mais ils ne parviennent pas à capturer les interactions multicellulaires, qui sont mieux représentées dans les modèles d’ingénierie tissulaire tridimensionnels (3D). Cependant, la fabrication manuelle des modèles 3D est non seulement chronophage, mais également sujette à une variabilité importante. Par conséquent, cette étude vise à améliorer l’efficacité et la reproductibilité de la fabrication des modèles en utilisant la technologie de distribution automatisée de cellules, en particulier le distributeur de cellules uniques HP D100, pour construire des plateformes de criblage à haut débit (high throughput screening, HTS) basées sur des cellules 3D.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Samantha Seymour, Ines Cadena, Mackenzie Johnson et d’autres auteurs, issus de l’Oregon State University et de HP Inc. L’article a été publié en ligne le 23 janvier 2025 dans la revue Cellular and Molecular Bioengineering, sous le titre Empowering High Throughput Screening of 3D Models: Automated Dispensing of Cervical and Endometrial Cancer Cells.

Processus de recherche

1. Objectifs et méthodes de l’étude

L’objectif principal de cette étude était d’évaluer l’impact de la technologie de distribution automatisée de cellules sur le comportement des cellules cancéreuses du col de l’utérus et de l’endomètre, et de la comparer à la méthode traditionnelle de distribution manuelle. L’équipe de recherche a ajusté le protocole de distribution pour l’aligner sur la taille des cellules en solution et le nombre minimal de cellules nécessaires pour assurer leur viabilité et leur taux de prolifération. De plus, l’étude a optimisé les modèles de co-culture précédemment rapportés en les adaptant à un format de plaque à 384 puits, et a mesuré la longueur des microvaisseaux et la capacité d’invasion des cellules cancéreuses.

2. Distribution des cellules et construction des modèles

L’équipe de recherche a utilisé le distributeur de cellules uniques HP D100 pour la distribution automatisée des cellules. Le distributeur détecte les cellules passant par un “point de pincement” (pinch point) dans un canal microfluidique et ajuste le diamètre de ce point en fonction de la taille des cellules. Pour garantir la précision de la distribution, l’équipe a d’abord mesuré le diamètre des cellules en solution et en état adhérent, et a comparé les effets des diamètres de pincement de 11 et 14 micromètres. Finalement, un diamètre de pincement de 14 micromètres a été choisi pour les expériences suivantes.

Pour la construction des modèles, l’équipe a co-cultivé des cellules cancéreuses du col de l’utérus et de l’endomètre avec des cellules endothéliales microvasculaires humaines (HMEC) pour créer des modèles multicellulaires multicouches. La couche inférieure du modèle était composée de collagène (collagen), de fibrinogène (fibrinogen) et de gélatine méthacryloyle (gelatin methacryloyl, GelMA), tandis que la couche supérieure était composée de collagène, de fibronectine (fibronectin) et de GelMA. L’équipe a également utilisé du polyéthylène glycol diacrylate (polyethylene glycol diacrylate, PEGDA) comme matériau de contrôle.

3. Évaluation de la viabilité et de la prolifération cellulaire

Pour déterminer le nombre minimal de cellules par puits dans une plaque à 384 puits, l’équipe a testé différentes densités cellulaires pour les cellules cancéreuses du col de l’utérus (SiHa, Ca Ski) et de l’endomètre (HEC-1A), allant de 7 cellules/puits à 1750 cellules/puits. Les résultats ont montré que les cellules SiHa et Ca Ski présentaient une viabilité élevée à toutes les densités, tandis que les cellules HEC-1A n’atteignaient une viabilité de 50 % qu’à partir de 27 cellules/puits. De plus, les taux de prolifération des cellules SiHa et Ca Ski étaient supérieurs à un facteur 1 à toutes les densités, tandis que les cellules HEC-1A ne commençaient à proliférer qu’à partir de 27 cellules/puits.

4. Comparaison entre distribution automatisée et manuelle

L’équipe a comparé les effets de la distribution manuelle et automatisée sur le comportement des cellules. Les résultats ont montré qu’il n’y avait pas de différences significatives entre les deux méthodes en termes de viabilité cellulaire, de taux de prolifération et de réponses phénotypiques (comme la longueur des microvaisseaux et l’invasion des cellules cancéreuses). La distribution automatisée a montré une meilleure précision, en particulier à faible densité cellulaire, où son écart-type était inférieur à celui de la distribution manuelle. Cela suggère que la technologie de distribution automatisée peut réduire considérablement le temps de fabrication des modèles sans affecter le comportement des cellules.

Principaux résultats

1. Nombre minimal de cellules : L’étude a déterminé que le nombre minimal de cellules par puits dans une plaque à 384 puits était de 27 pour assurer la viabilité et la prolifération des cellules.
2. Choix du diamètre de pincement : Sur la base de la taille des cellules en solution, l’équipe a choisi un diamètre de pincement de 14 micromètres pour la distribution automatisée.
3. Comparaison entre distribution automatisée et manuelle : La distribution automatisée n’a montré aucune différence significative par rapport à la distribution manuelle en termes de viabilité cellulaire, de taux de prolifération et de réponses phénotypiques, mais a démontré une meilleure précision.
4. Construction de modèles multicellulaires multicouches : L’étude a réussi à construire des modèles multicellulaires multicouches basés sur des cellules cancéreuses du col de l’utérus et de l’endomètre, et a validé leur potentiel d’application dans le criblage de médicaments.

Conclusion et signification

Cette étude démontre que la technologie de distribution automatisée de cellules peut construire efficacement et précisément des modèles multicellulaires multicouches 3D in vitro, avec un impact minimal sur le comportement des cellules. Cette technologie réduit non seulement le temps de fabrication des modèles, mais améliore également la reproductibilité des expériences, offrant ainsi un nouvel outil pour le criblage à haut débit de médicaments. Grâce à la distribution automatisée, l’équipe de recherche a ouvert de nouvelles voies pour le développement de médicaments contre le cancer du col de l’utérus et de l’endomètre, avec une valeur scientifique et un potentiel d’application importants.

Points forts de l’étude

1. Application de la technologie de distribution automatisée : Cette étude est la première à appliquer le distributeur de cellules uniques HP D100 à la construction de modèles 3D in vitro, démontrant son efficacité et sa précision dans la distribution de cellules.
2. Optimisation des modèles multicellulaires multicouches : L’équipe a réussi à adapter les modèles de co-culture du cancer du col de l’utérus et de l’endomètre à un format de plaque à 384 puits, fournissant une plateforme standardisée pour le criblage à haut débit de médicaments.
3. Détermination du nombre minimal de cellules : Grâce à des tests systématiques, l’équipe a déterminé le nombre minimal de cellules par puits dans une plaque à 384 puits, fournissant une référence importante pour les expériences futures.

Autres informations utiles

L’équipe de recherche a également exploré l’utilisation de Matrigel comme matériau de contrôle dans la culture cellulaire, constatant qu’il présentait des performances médiocres en termes d’adhésion et de prolifération cellulaire, ce qui valide davantage la supériorité des modèles d’hydrogel optimisés. De plus, l’équipe a fourni des données expérimentales détaillées et des analyses statistiques, offrant une base fiable pour les recherches futures.

Grâce à cette étude, l’application de la technologie de distribution automatisée de cellules dans la construction de modèles 3D in vitro a été validée, offrant un nouveau soutien technologique pour la recherche sur le cancer et le criblage de médicaments.