Développement de système pour l'étude de l'impact des contraintes mécaniques sur le comportement de cellules cancéreuses - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Development and validation of systems for the study of the impact of mechanical constraints on the behavior of cancer cells

Développement de système pour l'étude de l'impact des contraintes mécaniques sur le comportement de cellules cancéreuses

Résumé

One major issue in fighting against cancer relapse is the resistance to therapeutic treatment of some cells responsible of relapses. During tumour progression, many changes in the physical properties of the microenvironment can occur with the apparition of compressive stresses due to proliferation burst or release with treatment. The major objectives of this project were to develop hydrogel-based microsystems close to physiological conditions to study the impact of long term confinement. Agarose, which present several important advantages for cell culture, were used. The first system was developed to apply controlled compression on a population of 2D cells in. Different applications were tested: time-lapse microscopy, in-situ immunofluorescent, post molecular analyses confinement and drug testing. We have showed with different techniques, that proliferation is reduced under confinement for cancerous cells but also stroma cells. We also began to study some important signaling pathways under confinement and we showed that YAP (Yes-Associated-Protein), which is a key parameter for different essential pathway, is disturbed under mechanical signaling. The use of 3D cell culture is increasing and particularly to model solid tumors but the tools used for their production are not always easy, reproducible and compatible with high resolution microscopy. We designed a microsystem directly compatible with microscopy which permit to create fastly hundreds of homogeneous spheroids. We then tried to apply constraints on aggregates by osmotic pressure or with confinement in agarose gel. Image analyses of tracking were used to follow fluorescent microspheres in the gel; forces due to spheroid growth were quantified for small displacement. Non-elastic behavior of agarose was observed for larger deformations
Un des enjeux actuels majeurs dans la recherche contre le cancer est la rechute induite par la résistance aux anti-cancéreux. Au cours de l’évolution tumorale, l’environnement présente d’importante modifications biochimiques mais également de ses propriétés mécaniques. Les cellules cancéreuses mais aussi les cellules du stroma, subissent des variations majeures des forces physiques qu’elle supporte, par une croissance rapide dans un espace défini ou l’effet d’un éventuel traitement notamment. Ce phénomène n’est certainement pas sans conséquence pour le tissu concerné. L’objectif principal a donc été d’élaborer des microsystèmes permettant d’étudier l’impact à long terme de ces signaux mécaniques ; en deux dimensions et en 3 dimensions. Quatre modèles biologiques différents ont été utilisés : un type de cancer hématopoïétique avec la leucémie myéloïde chronique et trois tumeurs solides : le glioblastome (cancer létal du cerveau), le cancer du sein et le cancer colorectal. Les outils ont été élaborés en agarose, cet hydrogel naturel, présente plusieurs avantages pour une utilisation en culture cellulaire et permet de garder des conditions physiologiques même après plusieurs jours d’expériences. Le premier système conçu permet d’appliquer un confinement contrôlé sur une population de cellules en deux dimensions. Différentes applications ont été testées : des observations dynamiques en microscopie, des marquages immunofluorescents, des analyses moléculaires ou du criblage de molécules thérapeutiques. Nous avons montré qu’il était tout à fait adapté à des analyses à long terme et qu’aucune différence de viabilité ou de prolifération n’est induite par le système en lui-même ; même après plusieurs jours. Une baisse de prolifération sous contrainte mécanique a été observé pour des cellules cancéreuses mais aussi pour des cellules issues du stroma et a été attestée par différentes techniques. Ensuite, des analyses de signalétiques ont été initié ; notamment concernant un facteur de transcription YAP (Yes-associated-Protein) : élément clefs de diverses voies de signalisation essentielles. La culture cellulaire en trois dimensions et le sphéroïde (agrégat multicellulaire) montre de plus en plus d’intérêts et particulièrement pour représenter des tumeurs solides. Cependant, une production homogène et reproductible n’est pas toujours aisée. Le microsystème développé permet de produire plus d’une centaine de sphéroïdes par un seul pipetage et permet une compatibilité avec la microscopie à haute résolution. Deux techniques ont ensuite été testées pour appliquer des contraintes sur les agrégats : une pression osmotique et le confinement dans une matrice d’agarose à rigidité ajustable. Une technique d’analyses d’images par tracking des déplacements de microsphères a permis de remonter aux forces induites par la croissance du sphéroïde mais ont aussi montrer un comportement non élastique de l’agarose à plus fortes déformations
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03360274 , version 1 (30-09-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03360274 , version 1

Citer

Audrey Prunet. Développement de système pour l'étude de l'impact des contraintes mécaniques sur le comportement de cellules cancéreuses. Biophysique. Université de Lyon, 2020. Français. ⟨NNT : 2020LYSE1082⟩. ⟨tel-03360274⟩
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