Conception et validation d’un modèle 3D de tumeur avec immunothérapie

Malaret, Tommy (2022). Conception et validation d’un modèle 3D de tumeur avec immunothérapie. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’utilisation de modèles 3D in vitro reproduisant les tissus et pathologies est en croissante augmentation dans le cadre de l'élaboration de traitements médicaux, car ils peuvent reproduire plus fidèlement les principales caractéristiques, physiques et métaboliques retrouvés in vivo, et permettent de réduire les expérimentations animales et les coûts d’optimisation. L’objectif de cette maitrise consistait à concevoir un modèle 3D de tumeur afin d’évaluer et optimiser un hydrogel injectable développé pour l’immunothérapie anticancéreuse par transfert adoptif de lymphocytes T infiltrants (TIL ACT).

Un cahier des charges sommaire, constitué d’une liste d’attributs et de contraintes a d’abord été établi. Pour former le modèle 3D, deux gels sont placés concentriquement dans un pétri à fond de verre. Le premier, au centre, est composé de matrigel et collagène I où sont déposés les cellules cancéreuses (MC38OVA ou MC38) ou des sphéroïdes (MC38OVA). Autour est déposé l’hydrogel contenant des lymphocytes T reconnaissant spécifiquement le peptide OVA (OT-I). Le modèle permet de mesurer la survie des lymphocytes encapsulés et leur vitesse de migration par microscopie confocale. De plus, la viabilité cellulaire, l’activation des lymphocytes et le niveau d’apoptose des cellules cancéreuses sont évalués par cytométrie en flux.

Un modèle plus classique basé sur l’utilisation de transwell (migration des OT-I suivie par microscopie à fluorescence) a également été réalisé afin de comparer les données obtenues dans le modèle 3D. Différentes compositions (chitosane seul, avec de la gélatine ou du collagène de type I) et formats d’hydrogels (macrogel ou microgel (microspheres)) ont été comparés.

Les résultats confirment que les OT-I encapsulés dans le chitosane et chitosane-gélatine (macrogel) sont capables de sortir de l’hydrogel et d’induire la mort des MC38OVA. La vitesse moyenne des OT-I dans l’hydrogel diffère entre les formulations, la condition chitosanegélatine étant significativement plus rapide que la condition chitosane (macrogel). Après trois jours, il n’y a presque plus d’OT-I dans les hydrogels du modèle transwell alors que l’on en retrouve encore dans le modèle 3D.

L’utilisation du modèle 3D par rapport au modèle transwell permet de suivre le comportement des lymphocytes dans l’hydrogel et d’observer les interactions entre les OT-I et les cellules cancéreuses dans le temps. Cette approche permettra de tester les différentes formulations d'hydrogel, et identifier les conditions les mieux adaptées pour l'immunothérapie locale du cancer, afin d’optimiser le traitement et ultimement, le rendre disponible pour les patients. Cependant, certains aspects expérimentaux restent à optimiser pour améliorer la fiabilité du modèle 3D.

Titre traduit

Design and validation of a 3D tumor model with immunotherapy

Résumé traduit

The use of 3D in vitro models reproducing tissues and pathologies is increasing in the development of medical treatments, as they can more accurately reproduce the main physical and metabolic characteristics found in vivo, and allow to reduce animal experiments and optimization costs. The objective of this master's degree was to design a 3D tumor model in order to evaluate and optimize an injectable hydrogel developed for cancer immunotherapy by adoptive transfer of infiltrating T lymphocytes (TIL ACT).

A brief specification, consisting of a list of attributes and constraints, was first established. To form the 3D model, two gels are placed concentrically in a glass-bottomed petri. The first, in the centre, is composed of matrigel and collagen I where cancer cells (MC38OVA or MC38) or spheroids (MC38OVA) are deposited. The hydrogel containing T lymphocytes specifically recognising the OVA peptide (OT-I) is placed around the cells. The model allows for the measurement of the survival of encapsulated lymphocytes and their migration rate by confocal microscopy. In addition, cell viability, lymphocyte activation and the level of apoptosis of cancer cells are assessed by flow cytometry.

Different compositions (chitosan alone, with gelatin or type I collagen) and hydrogel formats (macrogel or microgel (microspheres)) were compared for the survival of encapsulated OT-I and their migration (followed by confocal microscopy). A more classical model based on the use of transwell (OT-I migration monitored by fluorescence microscopy) was also performed to compare the data obtained in the 3D model. Cell viability, lymphocyte activation and migration towards tumor cells and the level of apoptosis of cancer cells were assessed by flow cytometry for both models.

The results confirm that OT-I encapsulated in chitosan and chitosan-gelatin (macrogel) are able to exit the hydrogel and induce MC38OVA death. The average speed of OT-I in the hydrogel differed between formulations, with the chitosan-gelatin condition being significantly faster than the chitosan (macrogel) condition. After three days, there is almost no OT-I in the hydrogels of the transwell model, whereas it is still found in the 3D model. The use of the 3D model compared to the transwell model allows to follow the behavior of lymphocytes in the hydrogel and to observe the interactions between OT-I and cancer cells over time.

This approach will allow us to test different hydrogel formulations, and identify the most suitable conditions for local cancer immunotherapy, in order to optimize the treatment and ultimately make it available to patients. However, some experimental aspects remain to be optimized to improve the reliability of the 3D model.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie des technologies de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 119-131).
Mots-clés libres:	modèle 3D, immunothérapie, microenvironnement tumoral, lymphocytes T, hydrogel de chitosane
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Lerouge, Sophie
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	22 juin 2022 16:46
Dernière modification:	22 juin 2022 16:46
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3020

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