Une nouvelle technologie pour l’étude des cellules progénitrices

Les cellules progénitrices, des cellules rares et difficiles à étudier

Les cellules progénitrices, issues des cellules souches, sont présentes à l’état quiescent et possèdent la capacité de se différencier et produire des types cellulaires spécifiques en réponse à de nombreux stimuli. Cette caractéristique confère à ces cellules un rôle déterminant dans les phénomènes de renouvellement et de régénération tissulaire. Toutefois, les mécanismes, notamment moléculaires, qui déterminent l’état quiescent des progéniteurs demeurent peu caractérisés.

Le contingent de cellules progénitrices constitue un sous-groupe rare au sein des tissus rendant complexe leur étude. Les méthodes classiques de culture in vitro en 2D altèrent leur état et la culture en 3D aboutit à des échantillons biologiques complexes et hétérogènes en termes d’état de différenciation limitant leur intérêt pour l’étude ciblée des cellules progénitrices.

Développement d’une nouvelle technique de culture

Dans un article publié dans la revue Acta Biomaterialia les scientifiques décrivent une nouvelle approche de culture qui permet de pallier à ces problèmes techniques. Ils ont développé une technologie permettant la génération d'hydrogel reproduisant les propriétés mécaniques physiologiques du poumon humain avec un haut degré d'uniformité physico-chimique. Ces supports limitent drastiquement la dérive cellulaire inhérent à la culture sur supports rigides tout en permettant l’amplification cellulaire et le maintien du caractère progéniteur sur la durée. Cette technologie permet de générer une population de cellules progénitrices homogène en quantité suffisante pour permettre des approches de biologie moléculaire, cellulaire et biochimie classiques.

Des premiers résultats prometteurs

Les données de séquençage en cellule unique du poumon humain ont montré que les cellules progénitrices quiescentes, comparativement aux autres cellules de l’épithélium pulmonaire, étaient caractérisées par une activation des voies de réponse au stress protéostasique. Alors que cette caractéristique est perdue lorsque les cellules sont cultivées sur support plastique, les scientifiques ont démontré que l’utilisation des supports mécanomimétiques décrits dans cet article permet de conserver un état de quiescence atypique en phase S. Ce phénotype est associé à une fuite du calcium réticulaire et l’activation de ces voies de stress telles qu’observée in vivo. De plus, les approches mécanistiques ont révélé que la signalisation du stress du réticulum dirigée par la kinase PERK constitue un point de contrôle pour cette quiescence atypique, définissant cet axe moléculaire comme un déterminant du destin des cellules progénitrices.

En offrant une praticité et homogénéité similaires aux méthodes classiques de culture in vitro, les hydrogels mécanomimétiques développés dans cette étude constituent une technologie pertinente pour l’étude de la biologie des cellules progénitrices humaines. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour définir : i) les mécanismes dirigeant l’adaptation de cette population cellulaire en réponse aux contraintes microenvironnementales et ii) comment leur perte fonctionnelle favorise le vieillissement des tissus et l’apparition de pathologies comme la fibrose ou le cancer.

Figure : A) Schéma représentant la génération d’hydrogels mécanomimétiques permettant un haut degré d'uniformité physico-chimique. B) Les cellules bronchoépitheliales humaines ensemencées sur les hydrogels mimant l’environnement mécanique du poumon présentent des marques de stress protéostasiques cohérentes avec la biologie des cellules basales pulmonaires

Pour en savoir plus :
Soft extracellular matrix drives endoplasmic reticulum stress-dependent S quiescence underlying molecular traits of pulmonary basal cells
Laval, P.-A., Piecyk, M., Guen, P.L., Ilie, M.-D., Marion, A., Fauvre, J., Coste, I., Renno, T., Aznar, N., Hadji, C., Migdal, C., Duret, C., Bertolino, P., Ferraro-Peyret, C., Nicolas, A., Chaveroux C. Acta Biomateriala, 1er juillet 2024, DOI : https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.05.033