Développement d’un modèle de co-culture en trois dimensions de cellules de cancer du poumon et de fibroblastes

Abstract

Le cancer du poumon non-à-petites-cellules (CPNPC) représente 85% des cas de cancer du poumon. Cependant, les modèles utilisés de culture cellulaire en deux dimensions (2D) représentent partiellement les caractéristiques physiopathologiques du CPNPC. Notre objectif est de réaliser un modèle in vitro plus représentatif des caractéristiques de ce type de cancer. La culture tridimensionnelle (3D) dans laquelle les cellules forment un sphéroïde, est considérée comme un modèle plus fidèle aux tumeurs retrouvées chez les patients grâce à la structure et aux interactions intercellulaires du modèle. Pour mieux représenter le microenvironnement tumoral, nous intégrons une lignée cellulaire de fibroblastes dans le sphéroïde de CPNPC, afin d’imiter l’interaction entre cellules cancéreuses et cellules stromales. En effet, bien que les fibroblastes représentent un faible pourcentage des cellules au sein des tumeurs de CPNPC, elles jouent un rôle prépondérant dans la biologie tumorale et la réponse aux médicaments. Nous avons testé différentes lignées de fibroblastes et différents ratios de co-culture afin de déterminer les conditions optimales de notre modèle de co-culture 3D. Après 7 jours de co-culture, les cellules cancéreuses démontrent un potentiel migratoire plus élevé lorsque mesuré dans des chambres de Boydens. Cet effet n’est dépendant ni de la prolifération, ni d’un changement de phase dans le cycle cellulaire. Nous avons caractérisé la localisation des fibroblastes au sein du sphéroïde par des expériences de microscopie à fluorescence. L’expression de la protéine α-SMA du cytosquelette a aussi été déterminée par immunofluorescence. Nous avons par la suite établi un modèle de co-culture sur 24 jours afin de maximiser la communication entre les cellules cancéreuses et les fibroblastes. Ce modèle de co-culture long terme a par la suite été analysé selon son contenu en cytokines, chimiokines et métabolites. Enfin, nous avons réalisé un criblage de médicaments au jour 24 de notre co-culture long terme afin d’évaluer une réponse thérapeutique des cellules cancéreuses, dans des conditions plus semblables au microenvironnement tumoral.

Non-small cell lung cancer (NSCLC) accounts for 85% of all lung cancer cases. However, the two-dimensional (2D) cell culture models used represent partially the pathophysiological characteristics of NSCLC. Our goal is to develop an in vitro model that is more representative of the characteristics of this type of cancer. The three-dimensional (3D) culture, in which the cells form a spheroid, is considered to be a model more faithful to the tumors found in patients due to the structure and intercellular interactions of the model. In order to better represent the tumor microenvironment, we are integrating a fibroblast cell line into the spheroid of NSCLC to mimic the interaction between cancer cells and stromal cells. Although fibroblasts represent a small percentage of cells in NSCLC tumors, they play a major role in tumor biology and drug response. We tested different fibroblast cell lines and co-culture ratios to determine the optimal conditions of our 3D co-culture model. After 7 days of co-culture, the cancer cells show a higher migratory potential when measured in Boydens chambers. This effect is not dependent on proliferation or change of phase in the cell cycle. We characterized the localization of fibroblasts within the spheroid by fluorescence microscopy experiments. The expression and localization of the cytoskeletal protein α-SMA was also determined by immunofluorescence. We then established a 24-day co-culture model to maximize communication between cancer cells and fibroblasts. This long-term co-culture model was subsequently analyzed for cytokine, chemokine and metabolite content. Finally, we performed drug screening on day 24 of our long-term co-culture to evaluate a therapeutic response of cancer cells under conditions more similar to the tumor microenvironment.