Développement et caractérisation d’un modèle d’alvéolosphère 3D modulable, dérivé de cellules épithéliales alvéolaires humaines de type II pour l’étude de la physiopathologie de l’emphysème

Abstract

Contexte

Les modèles de culture tridimensionnels (3D) de l’emphysème offrent un outil unique pour améliorer la compréhension des mécanismes sous-jacents. Le principal défi reste de réduire l’hétérogénéité de taille et de forme des alvéolosphères, généralement cultivées dans du Matrigel. L’objectif principal est d’étudier les mécanismes de l’emphysème à l’aide d’un modèle 3D-alvéolosphère ajustable, durable et reproductible à partir de cellules épithéliales alvéolaires de type II humaines (AEC2).

Méthodes

Des cellules AEC2 isolées par tri immunomagnétique (HTII-280+) à partir de 46 échantillons pulmonaires de fumeurs et non-fumeurs ont été cultivées dans des micro-puits d’hydrogel 3D de forme et de taille ajustables, par photopolymérisation. Des analyses morphologiques (taille, lumière) et phénotypiques [immunomarquage, qPCR, microscopie électronique à transmission (MET)] ont été effectuées aux jours (J) 1, 7, 14 et 21. Ensuite, nous avons modélisé l’emphysème par exposition chronique à 5 % d’extrait de fumée de cigarette (CSE) pendant 5 jours consécutifs et effectué les mêmes analyses.

Résultats

Les alvéolosphères 3D ont été maintenues en culture pendant 21 jours. La formation progressive d’une lumière centrale, observée in vivo, a été observée dès J7 et maintenue jusqu’à J21. Les jonctions serrées suggèrent la formation d’une barrière épithéliale (MET et immunomarquage ZO-1). Les marqueurs des cellules AEC1 (expression de p2xr4, pdpn) sont apparus progressivement de J1 à J21 tandis que les marqueurs des cellules AEC2 (expression de abca3, sftpa, sftpc) ont persisté au fil du temps. Les images MET ont confirmé la synthèse de surfactant (corps lamellaires, corps lipidiques). L’exposition au CSE pendant 5 jours a entraîné une diminution de la viabilité cellulaire (calcein, FACS), une désorganisation architecturale, une augmentation des marqueurs de stress oxydatif (expression de hmox, nqo1) et une libération de cytokines (MIF, IL8) dans le surnageant.

Interprétation

Nous avons pu obtenir un modèle 3D-alvéolosphère standardisé, ajustable et reproductible à partir de cellules AEC2 humaines, reproduisant les principales caractéristiques du poumon natif. L’exposition au CSE offre une opportunité d’étudier les voies physiopathologiques impliquées dans l’emphysème.