Dispositif d’assemblage acoustique tridimensionnel pour la fabrication en série de sphéroïdes cellulaires
13 octobre 2023
Les sphéroïdes cellulaires ont été considérés comme un modèle potentiel dans le domaine des applications biologiques. Cet article décrit les protocoles permettant de générer de manière évolutive des sphéroïdes cellulaires à l’aide d’un dispositif d’assemblage acoustique 3D, qui fournit une méthode efficace pour la fabrication robuste et rapide de sphéroïdes cellulaires uniformes.
Les modèles de culture in vitro 3D, comme les sphéroïdes cellulaires, ont été largement utilisés dans les domaines de l’ingénierie tissulaire, de la modélisation des maladies et du criblage de médicaments. Nos recherches se concentrent sur le développement et l’investissement par méthode d’ingénierie pour fabriquer des sphéroïdes ou d’autres modèles de culture in vitro 3D de haute qualité pour diverses études biologiques. Dans le protocole actuel, les sphéroïdes se sont développés à l’intérieur de l’échafaudage GelMA et sont récupérés lors de la dernière mise à l’écart, dissolvant l’échafaudage, ce qui entraîne des procédures supplémentaires.
Nous essaierons d’assembler acoustiquement des agrégats cellulaires dans un milieu de culture pour leur permettre de se développer à l’intérieur de sphéroïdes sans échafaudage. Par rapport aux techniques d’assemblage magnétique, les ondes acoustiques peuvent assembler directement les cellules sans marquage sans effets toxiques potentiels sur les cellules. De plus, notre protocole permet d’assembler des sphéroïdes cellulaires dans un réseau tridimensionnel, ce qui augmente considérablement le débit.
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Aperçu
Cet article présente une méthode de génération de sphéroïdes cellulaires à l'aide d'un dispositif d'assemblage acoustique 3D. Cette approche permet la fabrication efficace et échelonnée de sphéroïdes cellulaires uniformes, qui sont utiles dans diverses applications biologiques.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Biologie cellulaire
- Modèles de culture 3D
- Techniques d'assemblage acoustique
Contexte
- Les sphéroïdes cellulaires sont importants pour les études biologiques.
- Les méthodes traditionnelles peuvent impliquer des échafaudages, ce qui peut compliquer le processus.
- Les ondes acoustiques offrent une alternative non toxique pour l'assemblage cellulaire.
- L'assemblage à haut débit est essentiel pour l'efficacité de la recherche.
Objectif de l'étude
- Développer une méthode pour fabriquer des sphéroïdes cellulaires de haute qualité.
- Éliminer le besoin de supports dans la formation des sphéroïdes.
- Améliorer le débit de production des sphéroïdes.
Méthodes utilisées
- Dispositif d'assemblage acoustique 3D pour l'agrégation cellulaire.
- Milieu de culture pour la croissance de sphéroïdes.
- Comparaison avec les techniques d'assemblage magnétique.
- Protocole pour la fabrication évolutive de sphéroïdes.
Résultats principaux
- Assemblage réussi de sphéroïdes cellulaires sans échafaudage.
- Débit accru par rapport aux méthodes traditionnelles.
- Effets non toxiques des ondes acoustiques sur les cellules.
- Uniformité de la taille et de la structure des sphéroïdes.
Conclusions
- La méthode d'assemblage acoustique est efficace et évolutive.
- Elle constitue une alternative viable à la formation de sphéroïdes basée sur des échafaudages.
- Cette technique peut faire progresser la recherche biologique impliquant des modèles tridimensionnels.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
La production de sphéroïdes cellulaires uniformes à haut débit est un facteur clé pour permettre l'utilisation d'approches modèles cellulaires 3D évolutives dans la découverte de médicaments et la recherche préclinique. Le dispositif d'assemblage acoustique 3D décrit répond au besoin de fabrication reproductible de sphéroïdes soutenus par un échafaudage, renforçant la fiabilité prédictive lors du criblage en phase précoce et de la modélisation des maladies. Cette technologie permet aux équipes biopharmaceutiques d'accélérer le développement d'essais et les flux de travail translationnels grâce à une pertinence biologique accrue.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet une génération robuste d'agrégats cellulaires tridimensionnels pour l'interrogation fonctionnelle de cibles.
- Prend en charge la détection biologique des risques en fournissant des modèles physiologiquement pertinents pour l'analyse des voies métaboliques.
- Facilite la confiance prédictive dans la validation des cibles grâce à une morphologie et une viabilité uniformes des sphéroïdes.
Développement de tests et criblage
- Fournit des réseaux normalisés de sphéroïdes à haut débit pour le criblage quantitatif de composés.
- Améliore la reproductibilité des tests en réduisant la variabilité de taille et la manipulation manuelle.
- Prépare des systèmes biologiques tridimensionnels validés pour des flux de travail de criblage phénotypique en aval.
Recherche translationnelle et préclinique
- S'aligne sur les exigences des systèmes pertinents pour la maladie dans les études translationnelles de biomarqueurs.
- Permet une continuité du stade de découverte à celui de validation préclinique en soutenant une génération évolutive de modèles.
- Réduit l'ambiguïté mécanistique dans les modèles précliniques grâce à un assemblage contrôlé de sphéroïdes.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Cette méthode d'assemblage acoustique 3D s'intègre à l'interface entre la phase de découverte précoce et l'identification de composés candidats, offrant une plateforme évolutible pour la génération de sphéroïdes prêts à être utilisés dans les tests et le développement de modèles précliniques.
- Biologie de la découverte : Soutient la validation d'hypothèses et l'élucidation des voies biologiques à l'aide de modèles tridimensionnels physiologiquement pertinents.
- Criblage : Permet d'obtenir des résultats reproductibles et quantitatifs pour l'évaluation de composés dans des formats à haut débit.
- Analytique : Fournit des mesures uniformes de taille des sphéroïdes et de viabilité cellulaire afin de permettre des analyses comparatives entre différentes conditions expérimentales.
- Recherche translationnelle : Facilite l'application à des modèles de maladies et à des études de biomarqueurs lors du passage à des systèmes d'organoïdes.
- Réutilisation en entreprise : Offre une capacité réutilisable et évolutible pour divers programmes de recherche et développement nécessitant des modèles cellulaires tridimensionnels.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit la variabilité biologique dans les recherches en phase précoce.
- Valeur opérationnelle : Simplifie la production de sphéroïdes grâce à un assemblage sans intervention manuelle, non toxique et à haut débit.
- Valeur stratégique : Améliore la qualité des décisions « aller/ne pas aller » en permettant des flux de travail robustes et évolutifs avec des modèles 3D.
- Impact sur le portefeuille : Favorise une priorisation ajustée au risque en fournissant des données précliniques fiables et reproductibles.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise dans l'utilisation d'appareils acoustiques et dans les techniques de culture cellulaire en 3D.
- Exige un accès à des instruments spécialisés, notamment des transducteurs PZT et des systèmes de réticulation UV.
- Implique une standardisation entre équipes pour la fabrication et la récupération reproductibles des sphéroïdes.
- L'adaptation à différents types cellulaires et systèmes modèles peut nécessiter une optimisation du protocole.
- Les étapes de dissolution de l'échafaudage et de récupération doivent être validées afin d'être compatibles avec les analyses en aval.
