Biomatériau, Cancer, Sphéroïde, Vascularisation, Empreinte carbone, Microfluidique, Polysaccharide, Porosité, Microenvironnement tumoral, Tumeur-sur-puce

Le cancer demeure un enjeu majeur de santé publique à l'échelle mondiale et requiert des modèles plus précis pour développer de nouveaux traitements. Les cultures cellulaires classiques en monocouche ne reproduisent pas fidèlement la complexité du microenvironnement tumoral (TME), en particulier son comportement dynamique, pourtant déterminant dans la progression tumorale et la réponse aux traitements. Par ailleurs, les modèles in vivo sont coûteux et confrontés à des contraintes éthiques et réglementaires de plus en plus strictes. De nombreuses directives encouragent désormais le recours à des modèles alternatifs pour le développement de médicaments. Dans ce contexte, les systèmes biomimétiques tridimensionnels apparaissent comme des solutions intéressantes, alliant pertinence physiopathologique, facilité d'utilisation et compatibilité avec des approches à haut débit, tout en tirant parti des avancées récentes en microfluidique et en imagerie super-résolution. Ils s'imposent ainsi comme des candidats prometteurs pour répondre à cette demande croissante. Nous présentons ici une membrane micropatternée à base de polysaccharides, dont la rigidité, la porosité et la géométrie sont modulables. Des micropuits sont formés de manière reproductible à l'aide d'un moule imprimé en 3D sur une face de la membrane. Une simple étape de moulage permet ensuite d'obtenir un hydrogel réticulé chimiquement dans des conditions douces, prêt à l'emploi pour des expériences in vitro. Ces micropuits sont ensemencés avec des cellules tumorales (A673, MCF7 ou U87), qui forment des sphéroïdes en 2 à 3 jours grâce aux propriétés non adhésives de l'hydrogel. Ces sphéroïdes peuvent être maintenus en culture pendant au moins une semaine, puis utilisées in situ, comme par exemple pour faire du criblage de médicaments anticancéreux, ou bien prélevées par simple pipetage pour des analyses extérieures. Afin d'obtenir un modèle vascularisé, les micropuits sont associés à des microcanaux dans l'hydrogel, créés par l'ajout de filaments de suture de différents diamètres lors du moulage. Ces canaux, de 150 à 250 µm une fois hydratés, sont recouverts de cellules endothéliales après dépôt de collagène I pour favoriser leur adhésion. Les cellules forment alors des structures tubulaires en 3 jours, pouvant être maturées jusqu'à deux semaines, en générant un réseau vasculaire fonctionnel. Une étape de lyophilisation lors de la formulation rend l'hydrogel poreux. Ces pores peuvent être utilisés comme troisième compartiment, par exemple pour intégrer des cellules stromales. Ce matériau à trois compartiments, destiné à héberger des cellules tumorales, vasculaires et stromales, permet l'étude des interactions entre ces différentes populations. Après une semaine de co-culture, nous analysons l'effet de la vascularisation sur la croissance des sphéroïdes, ainsi que l'influence des cellules tumorales sur les structures endothéliales voisines. Une caractéristique essentielle du modèle est la possibilité de connecter les canaux à un circuit microfluidique via une chambre de perfusion développée au laboratoire pour permettre l'introduction d'un flux. Cela permet d'étudier l'influence du flux sur le tissu reconstitué, mais aussi de perfuser des facteurs solubles ou des systèmes de délivrance thérapeutique. Le comportement dynamique du système est vital pour comprendre les interactions cellulaires, notamment par les sécrétions ou la mécanosensibilité des cellules exposées au flux. En résumé, nous avons développé une plateforme de co-culture innovante, intégrant cellules tumorales et endothéliales dans un substrat biomimétique, pour étudier les interactions entre sphéroïdes et environnement tumoral vascularisé. Ce système peut être enrichi avec des cellules stromales ou immunitaires pertinentes pour modéliser le développement d'une tumeur dans un environnement biomimétique pluricellulaire dynamique, pertinent pour l'évaluation de systèmes de délivrance de traitements anticancéreux.