L’épithélium de prostate, comme tout épithélium glandulaire sécrétoire (sein, poumon, glande salivaire, pancréas…) est constitué de sphères creuses reliées par des canalicules, dont la fonction est de collecter les fluides sécrétés (liquide séminal, fluide lacté, salive, …). L’unité structurale et fonctionnelle de ces tissus est l’acinus. L’acinus représente une architecture 3D différentiée, composée de cellules polarisées jointives en périphérie et d’un lumen au centre. Les mécanismes du développement et de la morphogenèse des acini sont à l’heure actuelle méconnus, tant d’un point de vue des déterminants génétiques que micro-environnementaux.
L’inadéquation des modèles actuels de culture cellulaire 2D réalisés sur supports solides en verre ou en plastique et qui sont de ce fait éloignés de la physiologie du tissu, peut expliquer les limitations rencontrées dans la compréhension des processus biologiques. De même, l’imagerie classiquement utilisée pour visualiser les cellules (microscopie confocale) est limitée par l’étape de fixation et de marquage de l’échantillon biologique, par la nécessité de scanner l’objet en z pour imager le cœur de la structure, et enfin par un champ d’observation restreint qui limite le nombre d’objets 3D observable en même temps. Enfin, pour des applications cliniques, ces approches classiques ne permettent pas d’observer un grand nombre d’acini, et donc d’évaluer correctement l’effet de drogues capables d’agir pour réverser le développement de formes cancéreuses.
En collaboration avec le DTBS, nous avons mis en place une méthodologie innovante couplant un dispositif d’imagerie sans lentilles à la culture cellulaire 3D
[1] (
Figure 1).
Figure 1 : Imagerie sans lentilles de structures 3D d’épithélium prostatique.
A - Imageur lensless
B - Principe d’imagerie lensless.
Placées en matrigel pendant 6 jours, les cellules épithéliales de prostate s’auto-organisent en acini parfaitement différentiés ; en revanche, des cellules provenant de lignées tumorales forment des sphéroïdes ayant perdu toute capacité à se
polariser. C’est en comparant la signature optique de ces 2 types de structures à l’aide de l’imagerie sans lentille (
lensless) et en appliquant des algorithmes de reconstruction holographique développés par le DTBS/Leti, qu’il est devenu possible de discriminer et de dénombrer acini et sphéroïdes (
Figure 2).
Figure 2 : Structures 3D d’épithélium prostatique observées par imagerie lensless et par microscopie de fluorescence.
Acini de lignées non cancéreuses RWPE1 polarisées avec lumen (C), observées en imageur lensless sans marquage (D) et observées en microscopie confocale après marquage au DAPI (E).
Sphéroïdes de lignées cancéreuses WPE1-NB26 non polarisés (F) et observés en imageur lensless sans marquage (D) et observées en microscopie confocale après marquage au DAPI (E).
Placé dans un incubateur, l’imageur très compact qui a été développé offre un large champ de vision, ce qui permet de suivre l’évolution des structures 3D sur plusieurs jours et d’évaluer leur devenir en réponse à un changement des propriétés mécaniques de la matrice ou des conditions de culture.
Le couplage culture 3D / lensless ouvre de nouvelles possibilités d’étude des interactions cellule-cellule et cellule-microenvironnement. Cette méthode pourrait répondre au besoin de l’industrie pharmaceutique pour de nouveaux outils de cribles 3D qui soient à la fois plus pertinents sur le plan physiologique que les systèmes HTS actuels, et qui permettent la sélection de molécules thérapeutiques plus efficaces grâce notamment à une meilleure évaluation de leur toxicité.
On parle d’expression protéique
polarisée lorsque des cellules (alors appelées polarisées) forment un
lumen (une lumière) et que l’expression des protéines se fait du côté de cette lumière. Lorsqu’elles sont non polarisées (cancéreuses), l’expression des protéines est beaucoup plus « diffuse » et il y a absence de lumen.
DAPI : molécule fluorescente capable de se lier aux bases A et T de l'ADN, en émettant une fluorescence bleue (450-490 nm) qui permet de détecter et quantifier l'ADN.