2010/03/26 > BE Etats-Unis 201 > Le waterpolo et la croissance des cellules en 3D

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		Sciences physiques et nanotechnologies Le waterpolo et la croissance des cellules en 3D http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/62763.htm Pratiquer le waterpolo peut vous conduire à publier dans Nature Nanotechnology. Voilà de quoi motiver n'importe quel chercheur à reprendre une activité physique ! En échangeant sur leurs travaux de recherche lors de leur entrainement, Glauco Souza, chimiste, Thomas Killian, physicien, et Robert Raphael, bio-ingénieur, ont développé une nouvelle méthode de culture de cellules en trois dimensions. La nouvelle technique Glauco Souza a ajouté au milieu de culture des cellules un hydrogel composé de nanoparticules d'or, de nanoparticules d'oxydes de fer et de bactériophages. Le mélange, bio-compatible, assure l'assimilation des nanoparticules d'oxydes de fer par les cellules. Un simple aimant, posé sur le couvercle de la boite de culture assure la lévitation des cellules à l'interface air - milieu de culture et permet ainsi leur développement en 3D. La nature du champ magnétique imposé permet de contrôler spatialement la croissance cellulaire (sphérique, torique). Les cellules magnétisées peuvent être manipulées beaucoup plus facilement. L'intérêt principal de cette nouvelle méthode est sa simplicité : pas d'appareil encombrant, pas de changement des pratiques. "Les chercheurs n'ont pas envie de modifier en profondeur leur manière de cultiver les cellules. Ils recherchent des techniques proches de celles qu'ils utilisent. Avec notre méthode, deux étapes simples supplémentaires sont nécessaires : l'ajout de l'hydrogel magnétique et la mise en place de l'aimant" note Glauco Souza. La technique a permis le développement de différents types cellulaires. Les cultures obtenues présentent des propriétés observées in-vivo, que les cultures 2D ne parviennent pas à reproduire. La manipulation des cellules permet aussi de les mélanger. Par exemple, en faisant se rencontrer deux sphères, l'une de cellules cancéreuses, l'autre de cellules normales, les chercheurs ont pu mettre en évidence la propagation du cancer aux cellules saines. La culture des cellules en 3D La culture traditionnelle de cellules est réalisée dans des boites de pétri sur un milieu de culture. Les cellules se développent alors en formant une monocouche. Or, le microenvironnement d'une cellule conditionne son fonctionnement, la production et l'expression de certaines protéines et son développement. Ainsi, une telle couche 2D n'est pas à même de reproduire les propriétés observées dans les tissus qui se développent en 3D. Les études de toxicité des produits ou encore d'efficacité des médicaments réalisées in-vitro sur ces monocouches cellulaires ne conduisent alors qu'à une approximation des effets qui seront observés in-vivo. Pour pouvoir obtenir des modèles in-vitro proches des tissus in-vivo, la culture des cellules en trois dimensions devient une nécessité. Un autre objectif est la création de tissus regroupant différents types cellulaires afin de reproduire in-vitro le fonctionnement des organes. L'intérêt grandissant pour la culture des cellules en 3D a amené les chercheurs à créer une communauté virtuelle afin d'agréger les informations sur ce domaine en pleine croissance [1]. Différentes techniques ont été mises en place pour obtenir une croissance des cellules en trois dimensions. Pour trouver les pionniers de la culture 3D, il suffit de rester à Houston ! La recherche sur les effets de la microgravité avait inspiré la NASA pour le développement de culture cellulaire en 3D. Elle avait conduit au développement de systèmes de culture cellulaire rotatifs. Une start-up, Synthecon [2], avait été incubée au Houston Technology Center [3], une structure publique, au début des années 1990. Elle continue aujourd'hui à développer de nouveaux dispositifs de culture cellulaire en 3D. La construction d'échafaudages en 3D sur lesquels les cellules croissent est très utilisée. Le but est alors de construire les structures les plus fines, les plus poreuses possibles et biodégradables afin qu'elles puissent supporter dans un premier temps la croissance des tissus puis disparaitre pour ne pas influencer le fonctionnement des cellules. Les échafaudages doivent permettre aussi d'assurer l'approvisionnement des cellules en nutriments. Les matériaux utilisés pour ces structures comprennent le collagène et les polyesters. Les nanomatériaux, notamment les nanotubes de carbones, pourraient faire de bons candidats pour de futures structures [4]. Ces échafaudages peuvent aussi avoir une structure naturelle. C'est le cas du Matrigel, un mélange protéique extrait de sarcomes - tumeurs cancéreuses - de la souris [4]. Cette substance gélatineuse durcit en séchant. Sa composition reproduit l'environnement naturel des cellules et influence leur croissance en 3D et leur fonctionnement. La lévitation pour révolutionner la culture cellulaire 3D La concurrence existe donc déjà et les enjeux financiers sont importants. Les tests pour de nouveaux médicaments coutent plusieurs centaines de millions de dollars. L'utilisation de cultures cellulaires en 3D pourrait les rendre plus efficaces, entrainant des économies substantielles. Cependant, ce n'est pas l'argent qui a motivé Glauco Souza et ses collègues, puisque la culture cellulaire en 3D n'était pas l'objectif. Le mélange nanoparticules d'or - bactériophage avait été proposé par Souza pour développer de nouvelles méthodes d'imagerie [5]. Les bactériophages sont résistant à différents environnements et facilement manipulables et modifiables. L'association avec des nanoparticules d'or permet d'utiliser différentes techniques de détection (spectroscopie Raman, fluorescence) pour suivre l'activité à la surface des cellules. Le mélange est par ailleurs bio-compatible. En 2008, dans l'objectif de réaliser en plus de la résonnance magnétique nucléaire, Souza ajouta au mélange des nanoparticules magnétiques d'oxydes de fer. En rendant les cellules magnétiques, il fut alors possible de les manipuler et de contrôler leur organisation à l'aide d'aimants. Dans un premier temps, ces aimants furent placés sous la boite de culture. A la suite de discussions, les chercheurs décidèrent de mettre simplement l'aimant sur la boite. Ils envisagèrent très vite les débouchés possibles de leurs travaux: "Nous étions convaincus qu'il y avait un potentiel commercial. Mais les chercheurs font de très mauvais hommes d'affaire. Alors nous nous sommes tournés vers David.". Avec David Lee, spécialiste de l'innovation qui pratique lui aussi le waterpolo, les chercheurs montèrent leur start-up : Nano3D Biosciences, Inc. [6], elle aussi incubée au Houston Technology Center. Les premiers kits comprenant les boites de pétri, les aimants et l'hydrogel magnétique sont prêtes à être commercialisées. David Lee est confiant : "Notre méthode a permis de dépasser les désavantages des autres techniques existantes. Par exemple, le dispositif ne prend pas de place, ce qui est capital lors d'une étude de toxicité dans laquelle il faut réaliser plusieurs centaines de cultures. Il est aussi très simple d'utilisation." Les développements prévus Le problème principal de la croissance des cellules en 3D est d'assurer la survie des cellules centrales. Une fois entourées de couches de cellules, les cellules centrales n'ont plus accès aux nutriments, se trouvent en hypoxie et meurent. "Cet inconvénient peut être un avantage", précise Glauco Souza, "car dans les tumeurs cancéreuses, le même phénomène est observé. Les sphères de cellules 3D constituent alors un modèle parfait pour comprendre le fonctionnement de ces cellules. Les équipes travaillant sur cette thématique se montrent déjà très intéressées par notre technique." Cependant, dans tous les autres cas, cela présente une difficulté qu'il faut surpasser. "Il existe un certain flux de nutriments au sein des structures 3D mais il devient insuffisant lorsque la structure grandit. Nous travaillons actuellement sur cette problématique pour y apporter des solutions" explique Glauco Souza. Ce problème de vascularisation est aussi le frein principal au développement de tissus complexes in-vitro, objectif à long terme des recherches en ingénierie tissulaire [7]. Du fait que la lévitation maintient les tissus à l'interface milieu de culture - air et de la possibilité d'agréger différents types cellulaires, les chercheurs portent leurs efforts sur le développement de tissus pulmonaires. Ils viennent à ce titre de recevoir un financement de la National Science Foundation. Ce travail de recherche constitue un bon exemple de ce que des échanges interdisciplinaires peuvent entrainer et de l'importance d'être curieux sur ce qui se passe dans les autres domaines de la recherche. Il illustre aussi que le développement de nouvelles techniques aux fortes retombées n'est pas forcément planifiable. Il démontre -enfin peut être- que la pratique du waterpolo mériterait de se généraliser chez les chercheurs.	>> Suivant Version imprimable >> Transmettre cette info par email >> Recommander ce site à un collègue / ami >> S'abonner au BE Etats-Unis >> FAQ / foire aux questions >> Conditions d'utilisation >>


	Pour en savoir plus, contacts :	- [1] Site internet 3D Cell Culture : http://www.3dcellculture.com/ - [2] Site de Synthecon : http://www.synthecon.com/ - [3] Site du Hosuton Technology Center : http://www.houstontech.org/ - [4] Site internet de BD Biosciences, producteur de structures 3D et du Matrigel : http://www.bdbiosciences.com/ - [5] Network of gold nanoparticles and bacteriophage as biological sensors and cell-targeting agents, G. Souza et al., PNAS, 31/01/2006, vol. 103, 5, 1215 -1220, http://redirectix.bulletins-electroniques.com/yusHg - [6] Site de Nano3D Biosciences, Inc. : http://www.n3dbio.com/ - [7] La construction de tissus biologiques par manipulation magnétique - Alexandre Touvat - BE Etats-Unis numéro 162 (17/04/2009) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/58698.htm	Code brève ADIT : 62763
	Source :	- Three-dimensional tissue culture based on magnetic cell levitation, Glauco R. Souza et al., Nature Nanotechnology, 14/03/2010, doi:10.1038/nnano.2010.23 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/SOIvj - 3-D cell culture: making cells feel right at home, J. Bode et S. Merville, Rice News, 15/03/2010 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/Arara
	Rédacteur :	Vincent Reillon, deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org


	Origine :	BE Etats-Unis numéro 201 (26/03/2010) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/62763.htm

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