Développement de microtechnologies et application à la culture cellulaire 3D pour étudier la formation d'acini prostatiques et la cancérogénèse

Abstract

In all secretory epithelia from glandular tissues, there is a common structural and functional unit, the acinus. It is a well polarized and organized pluricellular structure that is spontaneously reconstructed in 3D culture, therefore closely mimics the real structure we find in vivo. For my purpose, acini are used as models for tumor initiation and cancer development. One of the objectives of Biomics laboratory is to identify the genetic and microenvironmental determinants of prostate acini morphogenesis and polarity. The strategy is based on High-Throughput (HT) RNA interference (RNAi)-based screening. To meet this objective, my project was to develop appropriate 3D cell models which closely mimic the cyst-like and duct-like structure of prostate. By optimizing conventional 3D culture in Matrigel, I could recapitulate prostate acini morphogenesis and showed that lumen formation is independent to the polarity, which appears later. However, the conventional 3D cell culture formats and analytical tools are not suited for HT Screening (HTS). They lack control over acini size, are label-dependant and therefore time-consuming and labor intensive. Also, classical microscopy offers a very limited field of view and hence does not allow observing a large amount of 3D structures for statistical analysis.Tout épithélium glandulaire sécrétoire est constitué d'une unité structurale et fonctionnelle commune, l'acinus. C'est une architecture sphérique pluricellulaire parfaitement différentiée et polarisée qui, reconstruite en culture 3D, mime l'organisation réelle du tissu. Etudier les déterminants environnementaux et génétiques qui gouvernent la transformation d'un acinus en sphéroïde s'apparentant à une tumeur est l'un des enjeux majeurs des modèles in vitro. Un des défis actuels est d'adapter ces modèles in vitro à des conditions de culture 3D qui soient compatibles avec la réalisation de cribles génétiques en 3D, basés par exemple sur l'ARN interférence (RNAi). Cependant, les formats standards de culture 3D et les méthodes analytiques ne sont pas compatibles aux cribles haut-débit. Ils ne permettent pas de contrôler la taille et la distribution des acini, sont dépendants d'immuno-marquages et les acquisitions sont longues. Par ailleurs, la microscopie confocale et vidéomicroscopie offrent un champ d'observation restreint qui ne permet pas d'observer un grand nombre de structures 3D en même temps, pour permettre une analyse statistique. Ainsi, dans le but i) de développer des modèles cellulaires appropriés en 3D, ii) d'adresser des questions fondamentales relatives au cancer de la prostate et iii) de réaliser des cribles RNAi dans un contexte plus pertinent que la culture 2D, j'ai développé des outils innovants au format microsystèmes adaptés à l'analyse haut-débit d'un grand nombre d'objets 3D. En optimisant les conditions de culture cellulaire 3D sur le modèle de la lignée cellulaire RWPE1, j'ai pu récapituler les étapes de formation des acini prostatiques et montrer que la formation du lumen est indépendante de la polarité et est gouvernée par deux mécanismes, « hollowing » et cavitation