L’étude des mécanismes des cellules cancéreuses se heurte au manque d'outils de diagnostic et aux limites des modèles existants. Les cultures classiques réalisées sur un support plastique pour la culture tissulaire sont incapables de reproduire les conditions biophysiques et chimiques du microenvironnement tumoral. De plus, les modèles expérimentaux ne sont pas physiologiques car les cellules sont cultivées sur des matériaux rigides (plastiques ou verre). In vivo, la tumeur est organisée en une architecture tridimensionnelle et est entourée d'une matrice extracellulaire. Des modèles in vivo ont été développés, mais les procédures pour les obtenir sont longues, coûteuses et soulèvent de nombreux problèmes éthiques liés à la manipulation d’animaux. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux modèles in vitro qui imitent le microenvironnement tumoral in vivo à tous les stades du développement afin que les cellules puissent finalement former une tumeur tridimensionnelle (3D). De tels modèles permettent de contrôler précisément l'effet des conditions expérimentales.
Les cellules cancéreuses ont besoin d'un environnement approprié composé principalement de protéines de la matrice extracellulaire pour le soutien biochimique et structurel, de facteurs de croissance pour agir sur les réponses cellulaires. La matrice extracellulaire est un réseau enchevêtré de protéines, de sucres et de facteurs de croissance, qui permet aux cellules cancéreuses de communiquer entre elles par le biais de signaux biochimiques et mécaniques. Sa composition et sa rigidité ont un impact significatif sur les mécanismes tumoraux. Pour imiter la composition de cette matrice, il est possible d’avoir recours aux films multicouches de polyélectrolytes préparés par la technique d'assemblage couche par couche qui permettent de régler l'architecture, l'épaisseur, la chimie et les propriétés mécaniques des films et de développer des nanofilms biomimétiques pour délivrer des médicaments et des protéines agissant sur les cellules humaines.
Sur la base de leurs précédents travaux expérimentaux, des chercheurs de l’Irig 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 ont ensuite été réticulés chimiquement pour moduler leur rigidité puis, dans une dernière étape, des protéines ont été chargées au sein des films. Ainsi, les films présentent deux principales caractéristiques de la matrice extracellulaire : une rigidité contrôlée et une réserve de protéine, pour les présenter ensuite aux cellules sur une longue période de temps.
Dans le cadre de ce travail, par l’utilisation de processus presque entièrement automatisés, les chercheurs de l’Irig ont créé un microenvironnement 3D synthétique et bioactif dans lequel ils ont constaté que les cellules cancéreuses s'auto-organisent, migrent et prolifèrent pour former un tissu semblable à une microtumeur en trois dimensions. Ce nouvel environnement 3D leur a permis de montrer que l'adhésion et la prolifération de cellules cancéreuses du pancréas étaient influencées par les signaux biomécaniques et biochimiques venant du film biomimétique, d'une manière spécifique au type de cellule. En particulier, les protéines morphogénétiques osseuses de type 2 et 4 apparaissent comme des facteurs importants dans le cancer du pancréas.
À plus long terme, ces travaux ouvrent des perspectives pour des tests de médicaments sur des mini-tumeurs dans le cadre de la médecine personnalisée.