La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est une maladie mortelle, rapidement évolutive et incurable.
La maladie implique des interactions anormales entre les cellules pulmonaires, y compris les fibroblastes, et leur environnement. Pour cette raison, les modèles de culture cellulaire 2D standard utilisés pour le criblage de médicaments ont tendance à être peu performants lors de la prédiction de la réponse aux traitements potentiels.
Au milieu de la pandémie de COVID-19 et des niveaux croissants de pollution de l’air, l’incidence de la FPI devrait augmenter, augmentant de toute urgence le besoin de systèmes modèles robustes.
Dans APL Bioengineering, d’AIP Publishing, des chercheurs de l’Université du Minnesota-Twin Cities et de la Mayo Clinic à Rochester, Minnesota, décrivent une plate-forme de culture cellulaire 3D qui permet l’étude des fibroblastes pulmonaires et de leur microenvironnement. La plate-forme permet de mesurer le comportement cellulaire et les changements du microenvironnement impliqués dans le développement de la maladie de la FPI, et la taille et la simplicité de la plate-forme la rendent adaptée à une utilisation dans les protocoles de criblage de médicaments à haut débit.
« La FPI est une maladie horrible qui affecte grandement la vie du patient et conduit finalement à sa mort en raison du manque d’oxygène », a déclaré la co-auteure Katherine Cummins. « Il est vraiment important de disposer d’outils et de modèles de laboratoire qui créent et contrôlent le microenvironnement dans lequel les cellules se trouvent, car cela pourrait être essentiel pour identifier les thérapies précliniques possibles. »
Contrairement aux modèles IPF de rongeurs qui n’imitent pas la maladie progressive et à d’autres systèmes de culture cellulaire dépourvus de microenvironnement ambiant, sa plate-forme de microenvironnement tissulaire permet l’étude des fibroblastes au sein d’une matrice extracellulaire (ECM). Les modifications apportées à l’ECM sont la marque de fabrique de l’IPF, de sorte que le système permet des sorties liées plus fonctionnelles. De plus, sa simplicité et son adaptabilité le rendent facile à utiliser.
« Il peut être difficile d’utiliser de nombreuses plates-formes organiques et de laboratoire sur une puce », a déclaré le co-auteur David Wood. « Ce qui est passionnant, c’est que ce système est très simple d’utilisation. Nous l’avons déjà publié dans deux autres laboratoires qui l’utilisent de manière totalement indépendante de nous. »
La validation du fonctionnement du système s’est principalement concentrée sur le remodelage de la MEC (c’est-à-dire les changements induits par les cellules dans le microenvironnement) et la contractilité cellulaire, qui augmente l’activation des fibroblastes malades.
De multiples tests de ces deux fonctions ont montré que le système identifie de manière robuste les aspects clés de la fibrose. Ces résultats ont été reproduits à l’aide de cellules également données par le patient, suggérant que le système pourrait être utilisé en médecine personnalisée.
De plus, la polyvalence du système lui permet d’être utilisé avec différents types de cellules et d’autres composants de la matrice, de sorte qu’il peut être adapté pour une utilisation dans l’étude d’autres maladies où les interactions du microenvironnement contribuent à la maladie. L’équipe de recherche a déjà utilisé ce système pour étudier la toxicité hépatique et s’attend à ce qu’il puisse être utilisé dans plusieurs systèmes d’organes solides, y compris dans l’étude du développement du cancer et des métastases.
Référence: Cummins CA, Peterman BB, Chamberlain DJ, Wood DK. Un pipeline de culture tissulaire 3D évolutif pour permettre un examen thérapeutique fonctionnel de la fibrose pulmonaire. APL Bioeng. 2021 ; 5 (4) : 046102. doi : 10.1063/5.0054967
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