Mise en place simple d’une niche de moelle osseuse ostéogénique vascularisée à l’aide d’hydrogels de poly(éthylène glycol) (PEG) préfabriqués dans une microplaque d’imagerie
19 mai 2023
Un modèle in vitro de la niche vasculaire de la moelle osseuse est établi en ensemençant des cellules mésenchymateuses et endothéliales sur des hydrogels PEG 3D préfabriqués. Les réseaux endothéliaux, les composants ECM et l’activité ALP des niches varient en fonction du facteur de croissance utilisé. La plateforme peut être utilisée pour des modèles avancés de cancer.
La plupart des études de vascularisation in vitro utilisent des matrices d’origine naturelle. Bien que généralement très conductrices pour les processus biologiques, leur activité biologique inhérente complique l’étude des influences de paramètres uniques. Ici, nous pouvons ajouter sélectivement nos joueurs d’intérêt et évaluer comment le système change.
L’ensemencement séquentiel des cellules sur nos hydrogels synthétiques en ardoise vierge permet la formation de niches bien définies. Ici, les SMBMh colonisent les hydrogels et déposent leur matrice extracellulaire inhérente. Cela fournit le substrat pour les cellules endothéliales ensemencées par la suite.
Cette caractéristique n’est pas courante dans d’autres modèles 3D in vitro. La possibilité d’ajouter différents types de cellules de manière séquentielle permet la création de modèles in vitro compatibles à haut débit avec une grande complexité. Ces modèles peuvent être adaptés pour générer des niches vascularisées ostéogéniques plus spécifiques et pour étudier les fonctions des acteurs cellulaires et moléculaires.
Aperçu
Cette étude établit un modèle in vitro de la niche vasculaire de la moelle osseuse utilisant des hydrogels PEG tridimensionnels. Ce modèle permet l'ensemencement séquentiel de cellules mésenchymateuses et endothéliales, ce qui rend possible l'investigation des interactions cellulaires et des effets des facteurs de croissance sur le développement de la niche.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Biologie cellulaire
- Ingénierie tissulaire
Contexte
- Les modèles traditionnels in vitro utilisent souvent des matrices d'origine naturelle, ce qui complique l'étude de paramètres spécifiques.
- Les hydrogels synthétiques offrent un environnement contrôlé pour l'ensemencement cellulaire.
- L'ajout séquentiel de cellules permet de créer des modèles complexes compatibles avec un débit élevé.
- Ces modèles peuvent être adaptés pour étudier des niches ostéogéniques vascularisées.
Objectif de l'étude
- Développer un modèle synthétique in vitro pour l'étude des niches vasculaires de la moelle osseuse.
- Évaluer l'impact de différents facteurs de croissance sur la formation du réseau endothélial.
- Permettre des expériences à haut débit avec des interactions cellulaires définies.
Méthodes utilisées
- Ensemencement de cellules hBM-MSC et de cellules GFP-HUVEC sur des hydrogels en PEG.
- Surveillance de l'évolution de la culture cellulaire par microscopie en champ clair et en microscopie de fluorescence.
- Quantification des paramètres du réseau endothélial à l'aide de l'analyse par ImageJ.
- Évaluation des effets des facteurs de croissance sur le comportement cellulaire et la formation du réseau.
Résultats principaux
- Les réseaux endothéliaux se sont formés plus largement en présence de FGF-2 par rapport au BMP-2.
- Une interconnexion plus élevée a été observée en présence de facteurs de croissance qu’en leur absence.
- L’analyse quantitative a révélé des différences significatives en ce qui concerne la longueur des réseaux et le nombre de jonctions selon la présence de facteurs de croissance.
- Le modèle a démontré avec succès sa capacité à créer des niches vasculaires définies.
Conclusions
- Le modèle développé constitue un outil précieux pour l'étude des niches vasculaires de la moelle osseuse.
- La sémination cellulaire séquentielle augmente la complexité des études in vitro.
- Les facteurs de croissance influencent de manière significative le développement du réseau endothélial.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
La mise en place d'un compartiment médullaire ostéogénique vascularisé dans un format compatible avec l'imagerie et à haut débit comble une lacune critique dans la découverte préclinique de médicaments. Cette plateforme d'hydrogel PEG 3D permet une interrogation contrôlée des interactions cellulaires et moléculaires liées à la biologie osseuse et médullaire, renforçant la fiabilité prédictive des pipelines en oncologie et dans les maladies osseuses à un stade précoce. Sa reproductibilité et sa quantifiabilité facilitent une validation solide des cibles et une réduction des risques mécanistiques pour l'avancement des portefeuilles de recherche.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Permet une manipulation précise des composants cellulaires et de la matrice pour une validation ciblée fondée sur des hypothèses.
- Permet de réduire les risques mécanistiques en isolant les effets des facteurs de croissance et des types cellulaires sur la formation du compartiment vasculaire.
- Facilite l'évaluation fonctionnelle des voies ostéogéniques et angiogéniques dans un contexte tridimensionnel pertinent pour la maladie.
Développement de criblages et de tests
- Offre un système de co-culture 3D standardisé et reproductible, compatible avec l'imagerie à haut contenu et la quantification.
- Permet une mesure robuste et quantitative des paramètres du réseau vasculaire et des marqueurs de différenciation ostéogénique.
- Permet des flux de travail évolutifs et prêts pour l'automatisation, destinés au criblage de composés et aux tests phénotypiques.
Recherche translationnelle et préclinique
- Modélise le microenvironnement de la moelle osseuse humaine pour des études translationnelles des interactions cellulaires cancéreuses et de la métastase.
- S'inscrit dans les approches guidées par les biomarqueurs en quantifiant l'activité de la phosphatase alcaline et les paramètres du réseau vasculaire.
- Permet une continuité allant de la découverte à la validation préclinique en combinant des modèles in vitro en 2D et des modèles in vivo.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Cette plateforme s'intègre au continuum découverte-préclinique en permettant le test d'hypothèses, le criblage quantitatif et la modélisation translationnelle au sein d'un système unique et réutilisable.
- Biologie de la découverte : Permet l'isolement et le test de facteurs de croissance ou de types cellulaires spécifiques afin de clarifier les rôles des voies biologiques.
- Écrantage : Fournit des lectures reproductibles et quantitatives pour des paramètres vasculaires et ostéogéniques, adaptées à une analyse à haut débit.
- Analytique : Prend en charge l'analyse automatisée d'images et la normalisation pour des comparaisons fiables entre différentes conditions.
- Recherche translationnelle : Offre un modèle pertinent pour l'espèce humaine afin d'étudier les interactions entre le cancer et le microenvironnement médullaire.
- Réutilisation en entreprise : Propose une plateforme modulaire et adaptable pour divers programmes de recherche et développement ciblant l'os, la moelle osseuse ou les maladies métastatiques.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté biologique dans la validation des cibles et des voies.
- Valeur opérationnelle : Renforce la standardisation, la reproductibilité et la possibilité de passage à l'échelle pour les équipes plurisites et transverses.
- Valeur stratégique : Améliore la qualité des décisions de poursuite ou d'abandon et l'efficacité du capital en fournissant des données solides et quantifiables dès les premières étapes du processus.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation et une avancée ajustées au risque des candidats possédant des fondements mécanistiques validés.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en culture cellulaire en 3D, en imagerie et en analyse quantitative d'images.
- Suppose l'accès à une microscopie à fluorescence, à des lecteurs de plaques et à un logiciel d'analyse compatible (par exemple, ImageJ).
- Exige une standardisation interéquipes concernant l'approvisionnement cellulaire, la préparation de la matrice et les protocoles de quantification.
- Adaptable à divers types cellulaires et à différentes conditions de facteurs de croissance pour la modélisation spécifique aux maladies.
- Les limites incluent la nécessité d'une normalisation et d'une validation rigoureuses des algorithmes de quantification entre les différentes séries expérimentales.
Foire aux questions en biopharmacie
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:04
Establishing the 3D Stromal Monoculture
2:44
Establishing the 3D Stromal‐Endothelial Cell Co‐Culture
4:25
Quantifying the Endothelial Cell Network Formation after the 3D Stromal‐Endothelial Cell Co‐Culture
6:53
Assessing the Osteogenic Differentiation of 3D Stromal‐Endothelial Cells by Monitoring the Alkaline Phosphatase Activity
