Sphéroïdes tumoraux en lévitation acoustique : structuration et impact des contraintes mécaniques

Au cours de l'organogenèse, les contraintes mécaniques sont nécessaires pour guider la morphogenèse des tissus et assurer leur fonctionnement normal. Au cours du développement tumoral, elles jouent également un rôle dans la progression de la maladie. Parmi les tumeurs cérébrales les plus fréquentes chez l'adulte, le glioblastome est la plus agressive. Il touche majoritairement les personnes de plus de 50 ans pour un pronostic sombre malgré les avancées thérapeutiques. Les tumeurs de glioblastome se développent dans un environnement mécaniquement complexe, comprenant des forces de compression, de tension et de cisaillement exercées sur les cellules tumorales par le micro-environnement cérébral. Ces contraintes peuvent, par exemple, favoriser la division et l'invasion cellulaire ou affecter la réponse aux traitements tels que la radiothérapie ou la chimiothérapie. Comprendre comment ces contraintes mécaniques affectent les tumeurs de glioblastome pourrait permettre d'améliorer la compréhension de ces tumeurs et de leur micro-environnement en vue de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour lutter contre le cancer. Les modèles tissulaires permettent des études 'in vitro', indispensable dans la recherche contre le cancer. Le sphéroïde, qui résulte de l'auto-organisation de cellules en sphère, est considéré comme un bon modèle notamment en cancérologie où il est utilisé pour étudier le développement tumoral. A l'aide d'une onde acoustique stationnaire, il est possible de faire léviter des objets d'une taille comprise entre µm et mm. En plus de la lévitation, il est possible de modifier le champ de contraintes mécaniques généré par acoustique et s'appliquant à l'objet en lévitation, rendant possible la structuration de l'objet et l'étude de l'impact des contraintes mécaniques appliquées. Ce travail de thèse a donc consisté à mettre au point une technique de culture cellulaire en lévitation acoustique, puis de l'appliquer à des sphéroïdes formés à partir de lignées cellulaires de glioblastomes issus de patients. Ce travail de recherche a débuté par la mise en place d'un nouveau système de culture long-terme suivi par la démonstration de la viabilité des cellules après une semaine de culture en lévitation. Une preuve de concept de structuration de sphéroïde permise par ce système de culture est réalisée en modélisant l'infiltration de cellules immunitaires de type macrophage dans un sphéroïde tumoral de glioblastome. Le bioréacteur acoustique a ensuite été caractérisé par des mesures de vélocimétrie et de suivi de particules. Un modèle numérique, correspondant aux mesures expérimentales, a également été développé. L'importance des paramètres acoustiques et des possibilités qu'ils apportent en termes de manipulation et de structuration sont explicités. Pour finir, le début d'une étude sur l'impact des contraintes mécaniques sur la prolifération et la densité de sphéroïdes de glioblastomes en lévitation est détaillé. En conclusion, cette thèse montre que la lévitation acoustique est une méthode prometteuse pour l'étude de la formation de sphéroïdes cellulaires, en particulier des sphéroïdes de glioblastomes, ainsi que pour comprendre l'impact des contraintes mécaniques sur leur développement. Il a été montré, au travers de ce travail de thèse, que ce système peut cultiver des cellules jusqu'à 6 jours sans renouveler le milieu. Les expériences d'augmentation des contraintes mécaniques exercées sur les sphéroïdes de glioblastomes semblent montrer une augmentation de leur prolifération et de leur densité, ce qui souligne l'importance de l'environnement mécanique pour le développement tumoral. Ce nouveau système offre un large panel d'applications, d'autant que plusieurs types de sphéroïdes cellulaires ont été générés avec ce système (sphéroïdes neuronaux, tumoraux et épithéliaux). Parmi les applications possibles, l'infiltration de tumoroïdes cérébraux par des macrophages, a notamment été démontré.