Bioprinting modeling of the intra-tumoral nutritional heterogeneity to characterize the metabolic plasticity of malignant cells : BioMHet

Contexte

Les cellules cancéreuses ont la capacité d’effectuer une reprogrammation métabolique, qui peut favoriser la prolifération par une glycolyse exacerbée mais aussi la résistance et la plasticité. En effet, la croissance du cancer et la consommation rapide de nutriments conduisent à créer une déplétion de glucose et de certains acides aminés, comme la glutamine, dans certaines parties de la tumeur. Cependant, les modèles conventionnels semblent inefficaces pour reproduire ou suivre correctement l'adaptation des cellules cancéreuses au stress nutritionnel. Avec le projet BioMeth, nous avons obtenu des données préliminaires sur un modèle basé sur la bioimpression 3D conçu pour générer des sphéroïdes tumoraux multicellulaires (MCTS), récapitulant au mieux les caractéristiques nutritionnelles du microenvironnement tumoral. L'objectif ultime du projet BioMHet est d'obtenir une construction 3D dense en cellules pouvant se suppléer au modèle in vivo tel que la xénogreffe et de proposer des outils in vitro pour décrypter les mécanismes de plasticité des cellules tumorales sous stress nutritif.

Objectifs

Ce projet a pour but de générer un nouveau modèle de tumeur pulmonaire in vitro utilisant la bioimpression 3D qui permettra de décrypter l'organisation dynamique de la plasticité cellulaire et de l'hétérogénéité métabolique dans les tumeurs.

Méthodologie

La bio-impression 3D a été programmée sur des cellules cancéreuses pulmonaires non à petites cellules à l'aide de la lignée cellulaire A549, et sont des résultats préliminaires de la caractérisation de l'hétérogénéité métabolique. Dans la méthode de bioimpression par extrusion 3D, l'hydrogel (gélatine + alginate + fibrinogène) est directement chargé avec la lignée cellulaire A549, et génère automatiquement des gradients de nutriments dans la construction bio-imprimée s’apparentant à une tumeur.

Résultats

Différentes concentrations cellulaires A549 pour déterminer la colonisation optimale du dispositif ont été testées et il est apparu la formation de plusieurs grappes dispersées de SCTM localisées au bord du dispositif au bout d’un mois. Une analyse cinétique a été effectuée pour rendre compte de la propagation des cellules et la coloration immunohistochimique au Ki-67 a montré peu de cellules prolifératives. L'hétérogénéité métabolique a été analysée via une coloration immunohistochimique contre pEif2a, Bip et l'histone H2B ubiquitinylée, marqueurs de stress nutritionnels et de l'hétérogénéité métabolique dans les MCTS. Le modèle est encore loin de pouvoir reproduire l'hétérogénéité intra-tumorale mais les outils sont en place.

Metabolic heterogeneity inside lung tumor-like 3D bioprinting. Staining of different markers of nutrient stress pEif2a (Induced Stress Response, ISR), Bip (Endoplasmic Reticulum stress) and ubiquitinylated Histone H2B (glucose shortage) at week 4, bioink 2.5×106 cells/ml.