L'étude des cellules cancéreuses est contrainte par l'absence d'outils de diagnostic et par les modèles existants.
Les cultures tissulaires sur support rigide (plastique ou verre) sont actuellement incapables de reproduire les conditions biophysiques, chimiques et physiologiques d'un microenvironnement tumoral. Les modèles in vivo actuels nécessitent, quant à eux, des procédures longues et coûteuses et soulèvent des questions éthiques liés à la manipulation d'animaux.
Il est donc particulièrement intéressant de développer de nouveaux modèles in vitro, imitant le microenvironnement tumoral in vivo, à tous les stades du développement.
In vivo, la tumeur est entourée d'une matrice extracellulaire. Celle-ci est un réseau enchevêtré de protéines, de sucres et de facteurs de croissance. Elle fournit aux cellules cancéreuses les protéines nécessaires à leur soutien biochimique et structurel, ainsi que les facteurs de croissance agissant sur les réponses cellulaires. De plus, elle leur permet de communiquer entre elles, par le biais de signaux biochimiques et mécaniques.
Les chercheurs de l'Irig utilisent des films multicouches de polyélectrolytes pour imiter la composition de cette matrice. Il leur est ainsi possible de moduler l'épaisseur, la chimie et les propriétés mécaniques de ces nanofilms biomimétiques, qui peuvent libérer des protéines et des médicaments à destination des cellules humaines. Ces films peuvent être déposés au moyen d'un automate sur des échafaudages tridimensionnels réalisés à façon par photo-polymérisation d'une résine. Ainsi, il est possible de créer des architectures 3D aux surfaces bio-fonctionnalisées.
Sur la base de leurs précédents travaux, ils ont sélectionné des films à base d'acide hyaluronique – un des principaux constituants de la peau – et de poly(L-lysine), un polypeptide employé couramment en culture cellulaire. Après élaboration, ces films sont ensuite réticulés chimiquement pour moduler leur rigidité puis, dans une dernière étape, des protéines sont chargées au sein des films.
De cette manière, les films possèdent deux caractéristiques majeures de la matrice extracellulaire :
- une rigidité contrôlée ;
- une réserve de protéines à diffuser aux cellules au fil du temps.
Dans ce microenvironnement synthétique et bioactif, les scientifiques observent que les cellules cancéreuses s'auto-organisent, migrent et prolifèrent pour former un tissu semblable à une microtumeur en trois dimensions.
L'adhésion et la prolifération de cellules cancéreuses du pancréas sont influencées par les signaux biomécaniques et biochimiques venant du film biomimétique d'une manière spécifique pour chaque type de cellule. En particulier, les protéines morphogénétiques osseuses de type 2 et 4 apparaissent comme des facteurs importants dans le cancer du pancréas.