Photopolymérisation de microstructures 3D pour le contrôle de l'architecture et des communications multicellulaires – 3DPHOTOPOL

La biologie a considérablement progressé dans la compréhension des phénomènes cellulaires par des méthodes accordant implicitement plus d'importance à l'individualité de la cellule qu'à son microenvironement : biochimie, étude de cellules isolées, cultures peu ressemblantes au contexte tissulaire. Par ailleurs, l'étude des causes de processus complexes tels que la transformation tumorale, est abordée à l'aide d'outils permettant difficilement la prise en compte de la diversité des cellules impliquées et de leurs interactions mutuelles. Or, beaucoup d'observations pointent aujourd'hui vers le rôle essentiel de ce microenvironement et des interactions intercellulaires dans l'émergence de comportements collectifs normaux ou pathologiques tels que la stabilité tissulaire et la transformation tumorale. Dans le monde procaryote aussi, plusieurs comportements collectifs ont été observés, comme le quorum sensing ou la formation de biofilms. La cohésion intercelllulaire manifestée dans ces phénomènes suggère fortement que chaque cellule obéit à des signaux extérieurs susceptibles de dominer son comportement individuel. A l'inverse, de nombreux arguments permettent de penser que la physiopathologie des cancers passe par un dysfonctionnement de l'homéostasie tissulaire, donnant naissance à d'autres formes pathologiques d'organisation souvent collectives: tumeurs benignes, solides ou foyers métastatiques par exemple. Or, au-delà d'observations qualitatives, nous n'avons connaissance d'aucun modèle quantitatif d'étude des aspects collectifs de la tumorigenèse, offrant un contrôle de chaque individu dans la collectivité. Nous proposons donc de construire des microstructures 3D pour organiser la collectivité cellulaire et les interactions entre ses membres, en offrant à chaque individu un contexte contrôlé du point de vue mécanique, géométrique et chimique. Nous étudierons de façon quantitative et reproductible l'émergence spontanée ou induite localement de propriétés intrinsèquement collectives : stabilité cellulaire, déstabilisation dysplasique, croissance tumorale et échappement métastatique, ou encore les conditions de nucléation et croissance de biofilms bactériens. Nous fabriquerons des microstructures 3D par photopolymérisation biphotonique, avec des avantages uniques encore peu exploités en biologie : 1/ flexibilité très grande des géométries accessibles avec des voxels submicroscopiques de 0.2x0.2x0.7 ¼m3, 2/ diversité de matériaux fonctionnalisables -hydrogels et résines- et d'élasticité variée, 3/ possibilité de fabrication séquentielle en variant la chimie et l'élasticité. Nos microstructures serviront également à mesurer les forces intercellulaires, par mesure des champs de déformation. Deux modèles biologiques distincts seront mis sur pied et explorés par les deux équipes participantes : 1/ culture épithéliale avec induction localisée d'un désordre dysplasique ou stimulation d'une transition épithelium-mésenchyme, 2/ étude des conditions locales et collectives de formation d'un biofilm bactérien. Les microstructures envisagées devraient être utiles comme puces multicellulaires 3D pour la biologie cellulaire, la pharmacologie et le génie tissulaire. Pour cette raison, l'équipement majeur demandé dans ce programme correspond à la mise sur pied d'une station de microfabrication par photopolymérisation biphotonique ; cet équipement sera ouvert à collaborations, et le financement d'un ingénieur sera très utile dans cette perspective.