Comment une protéine agit-elle sur les cellules ? De quelle manière contribue-t-elle à la formation d'un tissu ou d'un organe à partir de cellules souches ?

Pour le savoir, les biologistes mettent généralement des cellules en culture sur une lame de verre ou de plastique, ajoutent les protéines à étudier en solution et observent la réponse des cellules. Cette méthode ne permet pas d'étudier de potentiels effets combinés de ces protéines, notamment le rôle qu'elles pourraient avoir sur l'adhésion et l'étalement des cellules, puisque les cellules sont déjà adhérentes sur le verre.

Pour examiner leur potentiel effet combiné, les chercheurs de l'Irig ont utilisé un film biomimétique de rigidité contrôlée auquel les protéines se lient de façon naturelle. Ce film, dont l'épaisseur ne dépasse pas deux microns, mime la matrice extracellulaire de notre organisme : il est composé de deux constituants principaux, acide hyaluronique et polymère de lysine. Déposé couche par couche, il est auto-assemblé de manière électrostatique, sa rigidité étant contrôlée en modulant sa réticulation. Les cellules peuvent être cultivées directement sur ce film biomimétique.

Dans le but d'augmenter la cadence de leurs études, les chercheurs ont automatisé la fabrication de ce film biomimétique pour le déposer directement au fond de plaques multipuits, technique qu'ils ont brevetée. L'avantage d'utiliser des plaques à puits est qu'elles nécessitent moins de matière et permettent l'étude comparative de plusieurs protéines simultanément, en parallèle, dans des conditions identiques.

Des chercheurs de l'Irig ont automatisé la fabrication et le dépôt de ce film biomimétique à l'intérieur des multipuits et mis au point un procédé d'introduction des protéines dans le film.

Ils ont ensuite mis en œuvre cette nouvelle technique pour étudier quatre protéines osseuses morphogénétiques (Bone Morphogenetic Protein ou BMPs), impliquées dans la formation des os et des muscles, le fonctionnement du cerveau, la formation des vaisseaux et le système gastro-intestinal. Ils ont mis au contact des films des cellules souches qui ont la capacité à devenir des cellules osseuses.

Grâce au parallélisme autorisé par les plaques multi-puits, ils ont pu varier de nombreux paramètres parmi lesquels :

• 4 protéines BMP ;
• 2 rigidités du film biomimétique ;
• 2 types de progéniteurs squelettiques ;
• un seul type de récepteur membranaire sélectivement inhibé parmi 12 récepteurs différents potentiellement impliqués.

Ils ont découvert que ces protéines, déjà connues pour leur capacité à enclencher la différenciation des cellules, possèdent d'autres propriétés que celles attendues : elles peuvent aussi favoriser l'adhésion des cellules ainsi que leur étalement. Ces effets sont propres à chaque protéine BMP et peuvent ou non dépendre de la rigidité du film. Auparavant, ces effets étaient masqués par les conditions de culture cellulaire sur lame de verre qui sont rigides. Le rôle de chaque récepteur a également été identifié.

De nombreuses expériences en biologie cellulaire et du développement visant à étudier le rôle des BMP, dans des contextes physiologiques et pathologiques, pourraient être revisitées en utilisant un film biomimétique souple ou rigide.

Ces résultats ouvrent plus largement des perspectives innovantes pour l'étude de l'activité d'autres protéines ou molécules thérapeutiques.