Les modèles cellulaires 3D récapitulent mieux la situation in vivo normale ou pathologique et permettent de dépasser les limites inhérentes aux cellules cultivées en deux dimensions. Ils connaissent ainsi un essor mondial sans précédent. La plupart de ces modèles restent néanmoins d’une complexité encore limitée. Ils manquent par exemple de types de cellules non épithéliales, de vaisseaux sanguins ou d’innervation. En outre, pour explorer de façon adéquate ces modèles 3D, la recherche a besoin d’outils de biologie cellulaire adaptés.
Résoudre ces défis est le but du nouveau programme d’impulsion Mecacell3D (Mécanismes et mécanique en systèmes multicellulaires tridimensionnels) qui réunit un consortium d’une vingtaine d’équipes de recherche. Mecacell3D développera ou adaptera des méthodes innovantes pour caractériser les fonctions cellulaires et subcellulaires d’assemblages tridimensionnels en considérant leurs propriétés mécaniques individuelles ou collectives. Ce programme intègrera de façon unique de nouveaux modèles 3D in vitro, différentes approches (imagerie, mécanique, analyses clonales, investigation ex vivo des écosystèmes tumoraux) ainsi que des analyses de données et des modélisations théoriques.
Mecacell3D a fait l’objet d’un appel à projets du 10 mars au 10 mai 2022.
Axes de travail
Axe 1 : assemblages multicellulaires en 3D pour étudier le développement du cœur et de tumeurs solides
Cet axe vise le développement d’écosystèmes cellulaires et d’assemblages multicellulaires en 3D.
Le cœur sera étudié grâce à deux modèles cellulaires 3D complémentaires : les gastruloïdes qui reproduisent les stades précoces (de la gastrulation à l’organogenèse précoce), et les cardioïdes qui permettent de reproduire les stades plus tardifs du développement cardiaque humain.
Une deuxième partie concernera l’étude des tumeurs solides avec le développement de deux modèles : des « tumeurs sur puce » vascularisées permettant de moduler par microfluidique l’écosystème cellulaire associé aux tumeur ; un second système original permettra d’encapsuler les cellules tumorales avec les fibroblastes et de reproduire une pression intratumorale en lien avec la matrice extracellulaire.
Axe 2 : développement de tests moléculaires et cellulaires quantitatifs dans des modèles cellulaires 3D
Le passage des modèles 2D aux modèles 3D pose des questions techniques spécifiques. Le but de cette partie du programme est d’adapter ou de développer des méthodes innovantes pour permettre, en particulier, l’imagerie cellulaire et subcellulaire et l’études des propriétés mécaniques cellulaires de ces nouveaux modèles en 3D.
Axe 3 : méthodes d’analyse quantitative en quatre dimensions sur les données générées
Les méthodes et les techniques décrites dans l’axe 2 nécessitent des analyses fines pour exploiter pleinement les résultats d’expériences difficiles sur des systèmes cellulaires in vitro sophistiqués. L’axe 3 vise le développement de méthodes efficaces d’analyse quantitative en quatre dimensions (3D plus temps) pour intégrer aux données générées des données de géométrie, de mécanique, de signalisation et d’expression génique, dans des modèles computationnels réalistiques et prédictifs des assemblages multicellulaires en 3D.
Composition du consortium
Coordinateurs : Christophe Lamaze (Inserm, U1143, Paris) et Fabienne Lescroart (Inserm, UMR1251, Marseille)
- Charles Baroud, Institut Pasteur, Paris
- Pierre Bon, UMR7252, Limoges
- Stéphanie Descroix, UMR168, Paris
- Hervé Isambert, UMR168, Paris
- Robert Kelly, UMR7288, Marseille
- Christophe Lamaze, U1143, Paris
- Pierre-François Lenne, UMR7288, Marseille
- Fabienne Lescroart, UMR1251, Marseille
- Danijela Matic Vignjevic, UMR144, Paris
- Guillaume Montagnac, U1279, Villejuif
- Maria Carla Parrini, U830, Paris
- Michel Puceat, U1251, Marseille
- Matteo Rauzi, iBV, Nice
- Sonia Stefanovic, U1263, Marseille
- Willy Supatto, U1182, Massy Palaiseau
- Béatrice Turck, U1312, Bordeaux
- Hervé Turlier, CIRB, Paris
- Stéphane Zaffran, UMR1251, Marseille
