Chimie

Les tests cellulaires et le criblage à haut débit (HCS) font partie des marchés les plus dynamiques du domaine des sciences de la vie. Cependant, l’analyse quantitative des cellules pour la découverte de nouveaux médicaments est entravée par la forte variabilité de la morphologie et du comportement des cellules dans les supports classiques de culture cellulaire. Même avec d’importantes cohortes de cellules et des algorithmes d’images sophistiqués, les effets escomptés sont trop souvent soumis au bruit qui entrave la sensibilité, le débit et la fiabilité des écrans.

Grâce à l’obtention auprès de l’Institut Curie et du CNRS des droits exclusifs au niveau mondial d’un portefeuille de brevets portant sur les micro-motifs adhésifs, et d’accords de licence avec l’Université américaine d’Harvard et le CEA, la société Cytoo a développé une technologie qui augmente la sensibilité et la vitesse des analyses cellulaire à haut contenu (HCA). Elle  repose sur un contrôle géométrique du micro-environnement des cellules dont la morphologie et l’organisation interne se standardisent quand elles sont cultivées sur des micro-motifs adhésifs. La variabilité inhérente à toute culture cellulaire est alors fortement diminuée et l’analyse gagne en simplicité, robustesse et sensibilité. Les supports sont fabriqués par photolithographie, une méthode massivement parallèle issue de la microélectronique. Leur format est compatible avec les standards actuels du marché et avec tous les équipements existants d’analyse et de criblage cellulaire.

Cytoo met ainsi à la disposition des chercheurs, un procédé de culture cellulaire sur des surfaces microstructurées qui permet l’étude des cellules dans des conformations plus proches de la réalité physiologique. Alors que, classiquement, les cellules, cultivées sur des supports homogènes, adoptent des formes aléatoires, le procédé utilisé par Cytoo permet de placer les cellules sur des microstructures dont la géométrie va guider la forme de chacune des cellules. En termes de recherches de médicaments, cette innovation augmente l'efficacité du criblage cellulaire en réduisant la variabilité des mesures effectuées et permet d'observer, dans des conditions proches de la normale, la réponse d'un type de cellule à l'action d'une substance.

Quelques dizaines de cellules suffisent pour une analyse

Les premiers résultats d’une étude de l’Institut Curie confirment une avancée majeure dans l’analyse cellulaire rendue possible par l’utilisation de ces micro-motifs adhésifs. Elle démontre qu'une quantification rigoureuse de l’organisation des membranes internes d’une cellule pouvait être obtenue grâce à l’utilisation de micro-motifs adhésifs qui contrôlent l’organisation interne de la cellule. Les chercheurs ont pu détecter ainsi une redistribution de certains compartiments membranaires suite à l’inactivation de l’expression d’une protéine, redistribution qui était jusqu’ici indétectable dans des conditions normales de culture. L’équipe scientifique menée par le Dr Bruno Goud, directeur du Laboratoire Compartimentation et Dynamique Cellulaires, a également obtenu des résultats significatifs en analysant seulement 30 à 40 cellules, en comparaison des centaines ou des milliers de cellules habituellement nécessaires dans des conditions standard de culture cellulaire.

"Cette étude démontre sans ambigüité que le contrôle de l’adhésion cellulaire devient essentiel dans tous les domaines qui nécessitent une analyse quantitative des cellules",  déclare Michel Bornens, Directeur Scientifique chez Cytoo et co-auteur de l’article intitulé " Probabilistic density maps to study global endomembrane organization " , publié par Nature Methods  le 30 mai 2010. Les résultats  soulignent également les avantages de la normalisation cellulaire grâce à l’utilisation des micro-motifs et montrent les différences de résultats lorsque des tests statistiques identiques sont réalisés sur des cellules sans micro-motifs.

L’équipe de l’Institut Curie a découvert que pour des effets très marqués, comme une dispersion de l’appareil de Golgi après un traitement par des drogues qui désassemblent les microtubules, des différences significatives peuvent être détectées sur des cellules libres, bien qu’il faille utiliser un nombre huit fois plus élevé de cellules qu’en utilisant des cellules micro-patternées. Cependant, des différences plus subtiles, comme celles observées dans des traitements qui touchent cette fois aux microfilaments d’actine, ne peuvent pas être détectées dans les cellules libres. Les chercheurs concluent que les micro-motifs combinés à l’analyse informatique constituent un outil puissant pour détecter de légers changements dans un système endomembranaire à l’équilibre.

Pour sa part, Cytoo a présenté les résultats d’une autre étude dans un poster lors de la dernière Conférence de la Société de Sciences Biomoléculaires qui s’est déroulée en Arizona, aux Etats-Unis. Ils montraient que les effets de la blebbistatine, une molécule modèle qui inhibe l’activité de la mysoine, peuvent être détectés à une concentration 500 fois inférieure à celle couramment utilisée et avec 10 fois moins de cellules analysées. L’étude a été réalisée grâce à l’utilisation d’un algorithme d’analyse simple sur des micro-motifs L.

Cytoo pense que les acteurs impliqués dans la découverte de médicaments pourraient obtenir plus de résultats et des données plus significatives en matière de criblage cellulaire avec une analyse de 20 cellules seulement par condition. L’utilisation de micro-motifs adhésifs permettrait également aux biologistes de détecter des effets de drogues à des doses bien plus faibles.